RU2690091C1 - Алюминиевая паста для изготовления тыльного контакта кремниевых солнечных элементов c тыльной диэлектрической пассивацией - Google Patents
Алюминиевая паста для изготовления тыльного контакта кремниевых солнечных элементов c тыльной диэлектрической пассивацией Download PDFInfo
- Publication number
- RU2690091C1 RU2690091C1 RU2018139305A RU2018139305A RU2690091C1 RU 2690091 C1 RU2690091 C1 RU 2690091C1 RU 2018139305 A RU2018139305 A RU 2018139305A RU 2018139305 A RU2018139305 A RU 2018139305A RU 2690091 C1 RU2690091 C1 RU 2690091C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- paste
- aluminum
- powder
- silicon
- solar cell
- Prior art date
Links
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 106
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 80
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 79
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 75
- 239000010703 silicon Substances 0.000 title claims abstract description 75
- 238000002161 passivation Methods 0.000 title claims abstract description 49
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 71
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 56
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims abstract description 39
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 27
- 150000002902 organometallic compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 16
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 51
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 51
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 47
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 47
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 claims description 8
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000011575 calcium Substances 0.000 claims description 4
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims description 4
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- CJZGTCYPCWQAJB-UHFFFAOYSA-L calcium stearate Chemical class [Ca+2].CCCCCCCCCCCCCCCCCC([O-])=O.CCCCCCCCCCCCCCCCCC([O-])=O CJZGTCYPCWQAJB-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 125000005474 octanoate group Chemical group 0.000 claims description 2
- CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N strontium atom Chemical compound [Sr] CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910018125 Al-Si Inorganic materials 0.000 claims 5
- 229910018520 Al—Si Inorganic materials 0.000 claims 5
- 230000009467 reduction Effects 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 abstract description 2
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 abstract 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 70
- 238000000034 method Methods 0.000 description 24
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 24
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 20
- 230000008569 process Effects 0.000 description 17
- OAYXUHPQHDHDDZ-UHFFFAOYSA-N 2-(2-butoxyethoxy)ethanol Chemical compound CCCCOCCOCCO OAYXUHPQHDHDDZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 239000001856 Ethyl cellulose Substances 0.000 description 13
- ZZSNKZQZMQGXPY-UHFFFAOYSA-N Ethyl cellulose Chemical compound CCOCC1OC(OC)C(OCC)C(OCC)C1OC1C(O)C(O)C(OC)C(CO)O1 ZZSNKZQZMQGXPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- WUOACPNHFRMFPN-UHFFFAOYSA-N alpha-terpineol Chemical compound CC1=CCC(C(C)(C)O)CC1 WUOACPNHFRMFPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- SQIFACVGCPWBQZ-UHFFFAOYSA-N delta-terpineol Natural products CC(C)(O)C1CCC(=C)CC1 SQIFACVGCPWBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 229920001249 ethyl cellulose Polymers 0.000 description 13
- 235000019325 ethyl cellulose Nutrition 0.000 description 13
- 229940116411 terpineol Drugs 0.000 description 13
- -1 antimony-boron-silicon Chemical compound 0.000 description 12
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 12
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 11
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 11
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 10
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 10
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 10
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- CSDREXVUYHZDNP-UHFFFAOYSA-N alumanylidynesilicon Chemical compound [Al].[Si] CSDREXVUYHZDNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- ZCZLQYAECBEUBH-UHFFFAOYSA-L calcium;octadec-9-enoate Chemical compound [Ca+2].CCCCCCCCC=CCCCCCCCC([O-])=O.CCCCCCCCC=CCCCCCCCC([O-])=O ZCZLQYAECBEUBH-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 9
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 9
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 7
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 6
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 6
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910004205 SiNX Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 5
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 239000011863 silicon-based powder Substances 0.000 description 4
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 3
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- JKWMSGQKBLHBQQ-UHFFFAOYSA-N diboron trioxide Chemical compound O=BOB=O JKWMSGQKBLHBQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 3
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 3
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 3
- 229910021364 Al-Si alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910011255 B2O3 Inorganic materials 0.000 description 2
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 2
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005219 brazing Methods 0.000 description 2
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000005401 electroluminescence Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 2
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000608 laser ablation Methods 0.000 description 2
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 description 2
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 2
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 2
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 2
- DAFHKNAQFPVRKR-UHFFFAOYSA-N (3-hydroxy-2,2,4-trimethylpentyl) 2-methylpropanoate Chemical compound CC(C)C(O)C(C)(C)COC(=O)C(C)C DAFHKNAQFPVRKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VXQBJTKSVGFQOL-UHFFFAOYSA-N 2-(2-butoxyethoxy)ethyl acetate Chemical compound CCCCOCCOCCOC(C)=O VXQBJTKSVGFQOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000676 Si alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000006117 anti-reflective coating Substances 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 229910052810 boron oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- DQXBYHZEEUGOBF-UHFFFAOYSA-N but-3-enoic acid;ethene Chemical compound C=C.OC(=O)CC=C DQXBYHZEEUGOBF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 1
- 239000005038 ethylene vinyl acetate Substances 0.000 description 1
- 239000006023 eutectic alloy Substances 0.000 description 1
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000006259 organic additive Substances 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 235000015927 pasta Nutrition 0.000 description 1
- 229920001200 poly(ethylene-vinyl acetate) Polymers 0.000 description 1
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 1
- 229920002037 poly(vinyl butyral) polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920000058 polyacrylate Polymers 0.000 description 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 1
- 239000013008 thixotropic agent Substances 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- GPPXJZIENCGNKB-UHFFFAOYSA-N vanadium Chemical compound [V]#[V] GPPXJZIENCGNKB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000080 wetting agent Substances 0.000 description 1
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 1
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0224—Electrodes
- H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
- H01L31/022425—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
- H01L31/022441—Electrode arrangements specially adapted for back-contact solar cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Conductive Materials (AREA)
Abstract
Изобретение относится к толстопленочной микроэлектронике. Алюминиевая паста для изготовления тыльного контакта кремниевых солнечных элементов c тыльной диэлектрической пассивацией включает порошок алюминия, органическое связующее, порошок стекла, причем паста дополнительно содержит одно или смесь металлоорганических соединений щелочноземельных металлов, при следующем соотношении компонентов, масс. %: порошок алюминия - 68-83; порошок стекла - не более 1,0; металлоорганические соединения щелочноземельных металлов - 0,1-2,0; органическое связующее - 15-35. Изобретение обеспечивает снижение повреждения диэлектрической пассивации пастой в процессе вжигания контактной системы солнечного элемента при одновременном повышении качества тыльного алюминиевого контакта и качества пассивации в локальных контактах за счет получения однородного локального BSF слоя, существенное снижение дефектности и повышение КПД солнечного элемента при массе отпечатка алюминиевой пасты менее 0,7 грамма на один солнечный элемент. 4 з.п. ф-лы, 4 ил., 2 табл., 12 пр.
Description
Область техники
Изобретение относится к толстопленочной электронике, а именно к материалам для изготовления методом трафаретной печати тыльных токосъемных контактов кремниевых солнечных элементов с тыльной диэлектрической пассивацией PERC (Passivated Emitter and Rear Contact).
Предшествующий уровень техники
Солнечные элементы с тыльной диэлектрической пассивацией по технологии PERC изготавливаются на основе монокристаллического или мультикристаллического кремния с проводимостью p-типа, легированного бором или галлием. Согласно известному процессу изготовления солнечных элементов на пластине кремния толщиной 150-220 мкм удаляются нарушенные слои на фронтальной и тыльной сторонах методом химического травления и одновременно на фронтальной стороне солнечного элемента формируется текстура. Методом диффузии или ионной имплантации на фронтальной текстурированной стороне изготавливается эмиттер солнечного элемента - легированный фосфором слой кремниевой пластины. На всю площадь фронтальной стороны наносится слой антиотражающего покрытия из нестехиометрического нитрида кремния (SiNx). Производится повторное химическое травление тыльной стороны кремниевой пластины с целью удаления фосфора, оказавшегося на тыльной стороне в процессе изготовления эмиттера, и удаления морфологических дефектов на тыльной стороне кремниевой пластины перед нанесением двухслойной тыльной диэлектрической пассивации.
На всю площадь тыльной стороны солнечного элемента наносятся два диэлектрических слоя, обеспечивающих тыльную диэлектрическую пассивацию. Пассивирующий слой из нестехиометрического оксида алюминия (Al2Ox) или оксинитрида кремния (SiNxOy) методом PECVD толщиной 10-25 nm или методом ALD толщиной 5-15 nm соответственно. Пассивирующий слой обеспечивает снижение скорости поверхностной рекомбинации неосновных носителей заряда до уровня 10-50 см/с. Поверх всей поверхности пассивирующего слоя методом PECVD наносится второй защитный слой из нестехиометрического нитрида кремния (SiNx) толщиной 40-120 nm. В тыльном двухслойном диэлектрическом покрытии методом лазерной абляции изготавливаются локальные контакты, представляющие собой участки с удаленным двухслойным диэлектриком, в которых алюминиевая паста при вжигании солнечного элемента будет спекаться непосредственно с кремниевой пластиной (см. фиг. 1).
Существует три топологии локальных контактов (см. фиг. 2):
1. Линейно-штриховая топология локальных контактов (см. фиг. 2а). Прерывистые линии, состоящие из штрихов шириной 30-50 мкм. Длина штриха 1,0-8,0 мм и расстояние между штрихами в одной линии 30-300 мкм. Расстояние между линиями 600-1400 мкм.
2. Линейно-точечная топология локальных контактов (см. фиг. 2б). Линии шириной 30-50 мкм, состоящие из отдельных точек с расстоянием между точками в одной линии 10-100 мкм. Расстояние между линиями 600-1400 мкм.
3. Точечная топология локальных контактов (см. фиг. 2в). Отдельные точки диаметром 30-100мкм с расстоянием между ними 200-700 мкм.
Поверх диэлектрической пассивации с локальными контактами методом трафаретной печати наносятся площадки из серебросодержащей пасты с последующей сушкой при температуре 150-200оС в течение 15-40 сек в конвейерной сушке. Площадки служат для припайки токосъемных шин.
На фронтальную сторону солнечного элемента методом трафаретной печати наносится контактная сетка из серебросодержащей пасты с последующей сушкой при температуре 150-200оС в течение 15-40 сек в конвейерной сушке. Контактная сетка служит для сбора носителей заряда и припайки фронтальных токосъемных шин.
На следующем технологическом этапе изготовления солнечного элемента наносится алюминиевая паста методом трафаретной печати на тыльную поверхность солнечного элемента. Существует две топологии печати алюминиевой пасты (см. фиг. 3):
1. Сплошной слой алюминиевой пасты, обеспечивающий контакт с токосъемными серебросодержащими площадками с перекрытием 0,1-0,5 мм по периметру каждой площадки (см. фиг. 3а);
2. Алюминиевая паста напечатана в виде дорожек поверх локальных контактов в диэлектрической пассивации. Топология отпечатка обеспечивает контакт с токосъемными серебросодержащими площадками с перекрытием 0,1-0,5 мм по периметру каждой площадки (см. фиг. 3б).
После печати алюминиевой пасты производится ее сушка в конвейерной сушке с инфракрасным нагревом или нагревом горячим воздухом при температуре 200-350оС в течение 15-60 сек.
Финальным этапом изготовления солнечного элемента является вжигание солнечного элемента в конвейерной печи с инфракрасным нагревом при пиковой температуре 750-850 оС и временем вжигания 4-7 сек выше 577 оС. В процессе вжигания в локальных контактах происходит формирование локального BSF (Back Surface Field), который представляет собой слой кремниевой пластины, легированный акцепторными примесями алюминия и бора из объема слоя высушенной пасты (см. фиг. 4).
В зависимости от топологии локальных контактов суммарная площадь удаленной лазером диэлектрической пассивации составляет 1-6% от общей площади тыльной поверхности солнечного элемента. В местах локальных контактов алюминиевая паста напрямую контактирует и спекается с кремниевой пластиной в процессе вжигания. На участках, где алюминиевая паста напечатана и вожена поверх диэлектрической пассивации не должно быть повреждения диэлектрика, которое ведет к резкому снижению качества тыльной пассивации из-за повышения скорости поверхностной рекомбинации неосновных носителей заряда.
Под слоем качественной диэлектрической пассивацией скорость поверхностной рекомбинации составляет 10-50 см/с. В случае повреждения диэлектрической пассивации скорость поверхностной рекомбинации может существенно превышать 10000 см/с, что приводит к резкому падению коэффициента полезного действия (далее КПД) солнечного элемента.
В локальных контактах, где алюминиевая паста спекается напрямую с кремнием, теоретически достижимая скорость поверхностной рекомбинации составляет 500-1000 см/с при наличии однородного локального BSF слоя. При неоптимальном составе алюминиевой пасты растворение кремния из области локального контакта в объеме алюминиевого слоя может приводить к образованию пустот в местах локальных контактов и неоднородности локального BSF вплоть до его полного отсутствия. Скорость поверхностной рекомбинации в локальных контактах в случае неоднородного BSF слоя может существенно превышать 10000 см/с, что приводит к резкому падению КПД солнечного элемента.
Основным фактором, ограничивающим рост КПД и качество солнечного элемента с тыльной диэлектрической пассивацией, является неоптимальная работа тыльного контакта, изготавливаемого методом трафаретной печати алюминиевой пасты.
Для получения качественного тыльного контакта алюминиевая паста должна обеспечивать выполнение комплекса технических требований:
1. Отсутствие повреждения тыльной диэлектрической пассивации в процессе вжигания солнечного элемента.
2. Однородный локальный BSF слой и отсутствие пустот в локальных контактах, расположенных в любой точке тыльной стороны солнечного элемента.
3. Минимальное слоевое сопротивление воженного слоя алюминиевой пасты.
4. Отсутствие алюминиевых шариков на поверхности воженного алюминиевого слоя
5. Величина адгезии алюминиевого слоя после вжигания более 10 Н/см.
6. Величина прогиба солнечного элемента менее 1,5 мм.
Применение тыльной диэлектрической пассивации в комбинации со специально разработанной алюминиевой пастой позволяет увеличить КПД солнечного элемента на 0,2 абсолютных % за счет повышения качества суммарной пассивации на тыльной стороне солнечного элемента под слоем диэлектрической пассивации и в местах локальных контактов, в которых алюминиевая паста напрямую спекается с кремнием.
Известен способ формирования тыльного контакта солнечного элемента с тыльной диэлектрической пассивацией с помощью пасты, содержащей кремний в количестве от 1 до 12 атомных % (публикация патента EP 2149155 B1, кл. МПК H01L 31/0224, H01L 31/18, опубл. 27.10.2010).
Недостатками данного способа являются:
1. Выбраны неоптимальные концентрационные пределы кремния в пасте. Концентрация кремния в пасте менее 3,5 ат.% не обеспечивает достаточного снижения растворимости кремния из области локального контакта в слое пасты во время вжигания.
2. Способ введения кремния в готовую коммерчески доступную на рынке пасту не обеспечивает промышленной применимости изобретения. Введение в готовую пасту 1-12 ат.% порошка кремния потребует дополнительной корректировки состава пасты органическим связующим.
Известна алюминиевая паста для тыльного электрода солнечного элемента c тыльной диэлектрической пассивацией (публикация национальной заявки JP 2013-143499 A, кл. МПК H01L 31/04, H01L 21/28, H01L 21/288, опубл. 22.07.2013). Паста содержит смесь порошка алюминия, порошка сплава алюминия с кремнием (Al-Si) и порошка кремния. При этом общая концентрация кремния в смеси трех порошков за счет порошка Al-Si и порошка чистого кремния лежит в диапазоне 10-40 масс.%. Концентрация кремния в сплаве Al-Si находится в диапазоне 5-40 масс.%.
Недостатками известной алюминиевой пасты являются:
1. Наличие части кремния в пасте в виде порошка кремния, который, обладая абразивными свойствами, механически повреждает (царапает) слой тыльной пассивации солнечного элемента в процессе печати пасты. Это приводит к повышению скорости тыльной поверхностной рекомбинации и снижению КПД солнечного элемента.
2. Наличие абразивного порошка кремния в пасте приводит к повышенному износу сетки трафарета и ракельного полотна в процессе печати.
3. Неоптимальный выбор диапазона общей концентрации кремния. При концентрации кремния более 22 масс.% наблюдается резкое повышение слоевого сопротивления воженного тыльного контакта и снижение КПД солнечного элемента за счет роста последовательного сопротивления.
Известна алюминиевая паста для тыльного электрода солнечного элемента c тыльной диэлектрической пассивацией (публикация международной заявки WO2016/178386A1, кл. МПК H01L 31/0224, H01B 1/22, H01L 31/068, опубл. 10.11.2016). Паста содержит смесь порошка алюминия и порошка сплава алюминия с кремнием (Al-Si). Концентрация кремния в сплаве Al-Si лежит в диапазоне 3,0-30,0 масс.%. А концентрация кремния в смеси порошка алюминия и порошка сплава Al-Si лежит в диапазоне 3,0-15,0 масс.%.
Паста содержит одну или смесь двух стеклофрит, не содержащих свинец и щелочные металлы, но содержащие оксид бора B2O3.
Недостатками известной алюминиевой пасты являются:
Неоптимальный выбор диапазона концентрации кремния в сплаве Al-Si. Концентрация кремния менее 13 масс.% не обеспечивает достаточного снижения растворимости кремния из области локального контакта в слое пасты во время вжигания.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому положительному эффекту - прототип - является проводящая композиция, используемая при формировании толстопленочных электродов солнечных элементов c тыльной диэлектрической пассивацией и локальными контактами (публикация международной заявки W02013/109466А1, кл. МПК H01B 1/16, H01L 31/18, опубл. 25.07.2013). Паста содержит: 40-80 масс.% алюминиевого порошка; стеклофритты 0,1-10 масс.%, органического связующего 5,0-30,0 масс.% и 0,1-10 масс.% органических или неорганических добавок. Органические добавки включают в себя одно или смесь металлоорганических соединений бора, кремния, ванадия, фосфора, сурьмы, иттрия, титана, никеля, кобальта, циркония, цинка и лития. Неорганические добавки включают до 20 масс. % неэвтектических и эвтектического сплавов алюминия с кремнием.
Недостатками известной композиции являются:
1. Использование борорганических соединений в качестве источника акцепторной примеси бора. В процессе вжигания пасты в результате пиролиза борорганических соединений происходит образование оксида бора и его испарение, что приводит к загрязнению вытяжной системы печи.
2. Не определены концентрационные пределы содержания кремния в сплаве Al-Si и в пасте, обеспечивающие формирование однородного локального BSF слоя и одновременно низкое слоевое сопротивление.
Раскрытие изобретения
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в создании композиции (состава) алюминиевой токопроводящей пасты, позволяющей при пониженной массе отпечатка пасты, получить качественный тыльный контакт, обеспечивающий повышение КПД солнечного элемента с тыльной диэлектрической пассивацией и локальными контактами с линейной-штриховой, линейно-точечной или точечной топологиями.
Технический результат, достигаемый при реализации заявленного изобретения, заключается в снижении повреждения диэлектрической пассивации пастой в процессе вжигания контактной системы солнечного элемента при одновременном повышении качества тыльного алюминиевого контакта и качества пассивации в локальных контактах за счет получения однородного локального BSF слоя, что приводит к существенному снижению дефектности и повышению КПД солнечного элемента при массе отпечатка алюминиевой пасты менее 0,7 грамма на один солнечный элемент.
Качество тыльного алюминиевого контакта означает дополнительно выполнение одновременно трех технических требований:
1. Отсутствие образования в процессе вжигания алюминиевых шариков любого размера на поверхности воженного алюминиевого слоя;
2. Величина адгезии воженного алюминиевого слоя не менее 10 Н/см;
3. Прогиб солнечного элемента, возникающий за счет разницы в коэффициентах линейного термического расширения алюминиевой пасты и кремниевой пластины менее 1,5 мм.
Указанный технический результат достигается тем, что алюминиевая паста для кремниевых солнечных элементов включает порошок алюминия с оптимизированным гранулометрическим составом в концентрации 68-83 масс. %, органическое связующее 15-35 масс. %, порошок или смесь порошков стекла не более 1,0 масс. % (далее порошок стекла), одно или смесь металлоорганических соединений из ряда олеатов, стеаратов или октоатов магния, кальция, стронция, бария 0,1-2,0 масс. %, а также порошок или смесь порошков сплава алюминия с кремнием (Al-Si), легированного бором, в оптимальном диапазоне концентраций бора 0,04-0,20 масс. % (далее порошок сплава). Порошок сплава вводится в пасту за счет порошка алюминия. При этом остается неизменной суммарная концентрация порошка алюминия и порошка сплава. Оптимальный диапазон концентраций кремния в порошке сплава 15-40 масс. %. Оптимальный диапазон концентраций порошка сплава в пасте 26-48 масс. %.
Применение порошка стекла с концентрацией в пасте не более 1,0 масс. % в комбинации металлорганическими соединениями щелочноземельных металлов (Mg, Ca, Sr, Ba) в пасте позволяет увеличить КПД солнечного элемента за счет снижения повреждения диэлектрической пассивации стеклом в процессе вжигания пасты, а также обеспечения равномерного протекания процесса спекания на границе с кремниевой пластиной в местах локальных контактов за счет металлорганических соединений.
Добавка порошка сплава (Al-Si), легированного бором, с оптимальным диапазоном концентраций кремния в сплаве 15-40 масс. % и в оптимальном диапазоне концентраций сплава в пасте 26-48 масс. % позволяет дополнительно увеличить КПД солнечного элемента за счет снижения растворения кремния в слое пасты из области локальных контактов в процессе вжигания пасты, что приводит к повышению однородности локального BSF слоя и особенно эффективно для конструкции солнечного элемента с точечными локальными контактами в диэлектрической пассивации.
Добавка порошка сплава (Al-Si), легированного бором, в оптимальном диапазоне концентраций бора 0,04-0,20 масс. % позволяет компенсировать снижение содержания бора при понижении концентрации порошка стекла в пасте и дополнительно способствует существенно более равномерному распределению бора в объеме пасты, что приводит к повышению КПД солнечного элемента.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлена структура солнечного элемента с тыльной диэлектрической пассивацией перед печатью, сушкой и вжиганием алюминиевой пасты.
На фиг. 2 представлены три топологии локальных контактов в тыльной диэлектрической пассивации:
а) Линейно-штриховая топология локальных контактов. Прерывистые линии, состоящие из штрихов шириной 30-50 мкм. Длина штриха 1,0-8,0 мм и расстояние между штрихами в одной линии 30-300 мкм. Расстояние между линиями 600-1400 мкм.
б) Линейно-точечная топология локальных контактов. Линии шириной 30-50 мкм, состоящие из отдельных точек с расстоянием между точками в одной линии 10-100 мкм. Расстояние между линиями 600-1400 мкм.
в) Точечная топология локальных контактов. Отдельные точки диаметром 30-100мкм с расстоянием между ними 200-700 мкм.
На фиг. 3 представлена тыльная сторона солнечных элементов с двумя топологиями отпечатка алюминиевой пасты:
а) Сплошной слой алюминиевой пасты, обеспечивающий контакт с токосъемными серебросодержащими площадками с перекрытием 0,1-0,5 мм по периметру каждой площадки.
б) Алюминиевая паста напечатана в виде дорожек поверх локальных контактов в диэлектрической пассивации. Топология отпечатка обеспечивает контакт с токосъемными серебросодержащими площадками с перекрытием 0,1-0,5 мм по периметру каждой площадки.
На фиг. 4 представлена структура солнечного элемента с тыльной диэлектрической пассивацией после печати, сушки и вжигания алюминиевой пасты.
На фигурах приняты следующие обозначения:
1. Пластина кремния с проводимостью p-типа, легированного бором или галлием.
2. Эмиттер солнечного элемента – Слой кремния на фронтальной текстурированной поверхности солнечного элемента, легированный фосфором.
3. Слой антиотражающего покрытия из нестехиометрического нитрида кремния (SiNx).
4. Пассивирующий слой из нестехиометрического оксида алюминия или оксинитрида кремния.
5. Защитный диэлектрический слой из нестехиометрического нитрида кремния (SiNx).
6. Локальные контакты - участки с удаленным лазерной абляцией двухслойным диэлектриком.
7. Площадки из серебросодержащей пасты для припайки токосъемных шин.
8. Слой алюминиевой пасты.
9. Контактная сетка, изготовленная методом трафаретной печати серебросодержащей пасты на фронтальной стороне солнечного элемента.
10. Локальный BSF – легированный алюминием слой кремния в процессе вжигания контактов солнечного элемента.
11. Площадки из серебросодержащей пасты для припайки токосъемных шин.
Осуществление изобретения
В качестве порошка алюминия в пасте используется сферический мелкодисперсный порошок или смесь порошков алюминия с известным соотношением размеров частиц для обеспечения максимальной плотности упаковки после печати, сушки и вжигания алюминиевой пасты. Средний размер частиц D50 порошка алюминия или смеси порошков алюминия лежит в диапазоне 2-4 мкм. Увеличение среднего размера частиц D50 более 4,0 мкм приводит к ухудшению печатных свойств пасты при целевой массе отпечатка пасты не более 0,7 грамма на пластину. Уменьшение среднего размера частиц D50 порошка алюминия менее 2,0 мкм приводит к увеличению сопротивления воженного слоя пасты, повышению последовательного сопротивления солнечного элемента и снижению КПД.
В качестве стеклофритты может использоваться один порошок или смесь порошков коммерчески доступных стекол кремний-висмутатной, свинцово-боросиликатной, сурьмянисто-боросиликатной и других систем с температурой размягчения в диапазоне 200-400 оС и средним размером частиц D50 не более 3,0 мкм, предпочтительно 1,0-2,0 мкм. Верхний защитный слой диэлектрической пассивации, изготовленный из нитрида кремния (SiNx), является химически инертным по отношению к широкому спектру химических элементов. Однако, в процессе вжигания пасты частицы порошка стекла независимо от химического состава стекла повреждают слой диэлектрической пассивации при охлаждении за счет разницы температурных коэффициентов расширения стекла и слоя диэлектрической пассивации. Снижение концентрации порошка стекла в пасте позволяет уменьшить степень повреждения диэлектрической пассивации, что ведет к повышению КПД. Однако, одновременно с этим снижается равномерность спекания пасты с кремниевой пластиной в местах локальных контактов, что ведет формированию неравномерного локального BSF слоя и снижению КПД солнечного элемента. Уменьшение содержания стекла в пасте дополнительно ведет к снижению величины адгезии воженного слоя пасты. Порошок стекла в пасте выполняет функцию флюса, обеспечивающего равномерное и достаточное спекание частиц алюминия в объеме слоя пасты, с диэлектрической пассивацией и в местах локальных контактов с кремниевой пластиной.
Для снижения степени повреждения частицами стекла диэлектрической пассивации в процессе вжигания пасты суммарная концентрация порошков стекол не должна превышать 1,0 масс. %. Предпочтительно не более 0,5 масс. %.
Для повышения равномерности протекания физико-химических процессов спекания в пасту с пониженной концентрацией стекла вводится одно или смесь металлорганических соединений щелочноземельных металлов из ряда олеатов, стеаратов или октоатов Mg, Ca, Sr, Ba в диапазоне концентраций 0,1 – 2,0 масс. %. В процессе замешивания и перетира пасты металлоорганические соединения растворяются в органическом связующем пасты и равномерно распределяются по объему пасты. Концентрация металлоорганических соединений менее 0,1% не обеспечивает достаточного улучшения величины и равномерности спекаемости слоя пасты, что приводит к снижению адгезии и КПД за счет образования неоднородного локального BSF слоя и роста сопротивления алюминиевого слоя. Введение в состав пасты более 2,0 масс. % металлоорганических соединений щелочноземельных металлов приводит к резкому увеличению прогиба солнечного элемента после вжигания и образованию алюминиевых шариков на поверхности воженного алюминиевого слоя.
В известных составах алюминиевых паст порошок стекла дополнительно служит источником бора, который так же, как и алюминий является акцепторной примесью в кремнии, но имеет больше предел растворимости в кремнии по сравнению с алюминием. Концентрация акцепторных примесей в локальном BSF слое определяет качество его работы по снижению скорости поверхностной рекомбинации в области локальных контактов. Чем выше концентрация акцепторной примеси в BSF слое, тем ниже скорость поверхностной рекомбинации и выше КПД солнечного элемента.
При снижении концентрации порошка стекла в пасте необходимо компенсировать снижение концентрации бора. Одновременно с этим для повышения КПД солнечного элемента необходимо повысить равномерность распределения бора по объему пасты в связи с его низкой растворимостью и скоростью диффузии в алюминии и кремнии. При температурах вжигания солнечного элемента предел растворимости бора в алюминии составляет порядка 0,16 масс. %. Растворимость бора в кремнии не превышает 0,1 масс. %. Равновесная концентрация бора в локальном BSF при комнатных температурах составляет 0,03 масс. %.
Известным эффектом в процессе вжигания алюминиевой пасты в конструкции солнечного элемента с тыльной диэлектрической пассивацией является снижение однородности локального BSF за счет растворения кремния из области локальных контактов в объеме алюминиевой пасты. При температурах вжигания солнечного элемента 750оС растворимость кремния в алюминии достигает 15 масс. %.
Введение в пасту порошка сплава алюминия с кремнием (Al-Si), легированного бором, позволяет эффективно решить обе задачи:
1. Ввести в пасту оптимальное количество бора, одновременно повысив однородность его распределения по объему напечатанного слоя пасты относительно использовавшегося ранее в качестве источника бора порошка стекла;
2. Повысить однородность локального BSF слоя за счет снижения растворения кремния из области локального контакта в процессе вжигания слоя пасты.
В качестве порошка сплава (Al-Si), легированного бором, используется сферический мелкодисперсный порошок или смесь порошков со средним размером частиц D50 в диапазоне 2-4 мкм. Превышение среднего размера частиц D50 порошка сплава более 4,0 мкм приводит к ухудшению печатных свойств пасты при целевой массе отпечатка пасты не более 0,7 грамма на пластину. Снижение среднего размера частиц D50 порошка сплава менее 2,0 мкм ведет к значительному увеличению сопротивления воженного слоя паст и снижению КПД.
Оптимальный диапазон концентраций бора в сплаве составляет 0,04-0,20%. Увеличение концентрации бора в пасте до уровня, сопоставимого с пределом его растворимости в алюминии и кремнии, ведет к повышению КПД солнечного элемента. Повышение содержания бора выше предела растворимости приводит к образованию морфологических дефектов – алюминиевых шариков на поверхности воженного слоя алюминиевой пасты.
Оптимальный диапазон концентраций кремния в сплаве 15-40 масс. %. При концентрациях кремния менее 15 масс. % не обеспечивается эффективное подавление растворения кремния из области локального контакта в объеме слоя пасты. Превышение концентрации кремния в сплаве более 40 масс. % приводит к росту слоевого сопротивления воженного слоя пасты и образованию алюминиевых шариков на поверхности воженного слоя пасты из-за локального пресыщения кремнием, что приводит к снижению КПД солнечного элемента.
Оптимальный диапазон концентраций сплава в пасте 26-48 масс. %. Снижение концентрации сплава в пасте менее 26 масс. % не обеспечивает эффективное подавление растворения кремния из области локального контакта в объеме слоя пасты. Увеличение концентрации сплава в пасте более 48 масс. % приводит к росту слоевого сопротивления воженного слоя пасты и образованию алюминиевых шариков на поверхности воженного слоя пасты вследствие локального пресыщения кремнием, что приводит к снижению КПД солнечного элемента.
Содержание органического связующего в пасте находится в диапазоне 15-35 масс. %. Органическое связующее включает в себя один или смесь полимеров (акрилатные полимеры, полиметилметакрилаты, этилцеллюлоза, поливинибутираль и др.) в качестве пленкообразующего. Органическое связующее получают путем растворения полимера в высококипящих органических растворителях. В роли растворителей может быть использован бутилкарбитол, бутилкарбитолацетат, терпинеол, тексанол и др. В качестве добавок в составе органического связующего возможно применение дисперсантов, смачивателей и тиксотропных агентов. Состав органического связующего подобран таким образом, чтобы обеспечить качественную сушку пасты при температурах 200-350 оС в течение 15-60 сек., а также дополнительно минимальное растекание дорожек в процессе печати и сушки пасты в конструкции солнечного элемента, где алюминиевая паста напечатана в виде дорожек поверх локальных контактов в диэлектрической пассивации.
Оптимальность количественного состава пасты подтверждается тем, что при введении входящих в нее компонентов в количествах выше или ниже заявляемых пределов не обеспечиваются требуемые параметры солнечного элемента (таблица 2).
Проведенный анализ уровня техники показал, что заявленная совокупность существенных признаков, изложенная в формуле изобретения, неизвестна. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявленного технического решения условию патентоспособности «новизна».
Сравнительный анализ показал, что в уровне техники не выявлены решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками заявленного изобретения, а также не подтверждена известность влияния этих признаков на технический результат. Таким образом, заявленное техническое решение удовлетворяет условию патентоспособности «изобретательский уровень».
Пример 1
Для приготовления токопроводящей пасты использовали: порошок алюминия с размером частиц D50 3,2 мкм в количестве 76,9 масс. %, порошок стекла системы сурьма-бор-кремний в количестве 1,1 масс. %, остальное - органическое связующее, 10% раствор этилцеллюлозы в смеси терпинеола и бутилкарбитола. Фактический состав паты приведен в таблице 1. Параметры солнечного элемента, изготовленного с применением пасты приведены в таблице 2.
Пример 2
Для приготовления токопроводящей пасты использовали: порошок алюминия с размером частиц D50 3,2 мкм в количестве 77,6 масс. %, порошок стекла системы сурьма-бор-кремний в количестве 0,4 масс. %, остальное - органическое связующее, 10% раствор этилцеллюлозы в смеси терпинеола и бутилкарбитола. Фактический состав пасты приведен в таблице 1. Параметры солнечного элемента, изготовленного с применением пасты приведены в таблице 2.
Пример 3
Для приготовления токопроводящей пасты использовали: порошок алюминия с размером частиц D50 3,2 мкм в количестве 76,5 масс. %, порошок стекла системы сурьма-бор-кремний в количестве 0,4 масс. %, олеат кальция в количестве 1,1 масс. %, остальное - органическое связующее, 10% раствор этилцеллюлозы в смеси терпинеола и бутилкарбитола. Фактический состав пасты приведен в таблице 1. Параметры солнечного элемента, изготовленного с применением пасты приведены в таблице 2
Пример 4
Для приготовления токопроводящей пасты использовали: порошок алюминия с размером частиц D50 3,2 мкм в количестве 75,4 масс. %, порошок стекла системы сурьма-бор-кремний в количестве 0,4 масс. %, олеат кальция в количестве 2,2 масс. %, остальное - органическое связующее, 10% раствор этилцеллюлозы в смеси терпинеола и бутилкарбитола. Фактический состав пасты приведен в таблице 1. Параметры солнечного элемента, изготовленного с применением пасты приведены в таблице 2.
Пример 5
Для приготовления токопроводящей пасты использовали: порошок алюминия с размером частиц D50 3,2 мкм в количестве 40,5 масс. %, порошок стекла системы сурьма-бор-кремний в количестве 0,4 масс. %., порошок сплава алюминий кремний (Al-Si) нелегированный бором в количестве 36,0 масс. % с содержание кремния в сплаве 34,2 масс. %, олеат кальция в количестве 1,1 масс. %, остальное - органическое связующее, 10% раствор этилцеллюлозы в смеси терпинеола и бутилкарбитола. Фактический состав пасты приведен в таблице 1. Параметры солнечного элемента, изготовленного с применением пасты приведены в таблице 2.
Пример 6
Для приготовления токопроводящей пасты использовали: порошок алюминия с размером частиц D50 3,2 мкм в количестве 40,5 масс. %, порошок стекла системы сурьма-бор-кремний в количестве 0,4 масс. %, порошок сплава алюминий кремний (Al-Si), легированный бором, в количестве 36,0 масс. % с содержание кремния в сплаве 12,3 масс. % и содержанием бора в сплаве 0,11 масс. %, олеат кальция в количестве 1,1 масс. %, остальное - органическое связующее, 10% раствор этилцеллюлозы в смеси терпинеола и бутилкарбитола. Фактический состав пасты приведен в таблице 1. Параметры солнечного элемента, изготовленного с применением пасты приведены в таблице 2.
Пример 7
Для приготовления токопроводящей пасты использовали: порошок алюминия с размером частиц D50 3,2 мкм в количестве 60,5 масс. %, порошок стекла системы сурьма-бор-кремний в количестве 0,4 масс. %, порошок сплава алюминий кремний (Al-Si), легированный бором, в количестве 16,0 масс. % с содержание кремния в сплаве 32,7 масс. % и содержанием бора в сплаве 0,09 масс. %, олеат кальция в количестве 1,1 масс. %, остальное - органическое связующее, 10% раствор этилцеллюлозы в смеси терпинеола и бутилкарбитола. Фактический состав паты приведен в таблице 1. Параметры солнечного элемента, изготовленного с применением пасты приведены в таблице 2.
Пример 8
Для приготовления токопроводящей пасты использовали: порошок алюминия с размером частиц D50 3,2 мкм в количестве 40,5 масс. %, порошок стекла системы сурьма-бор-кремний в количестве 0,4 масс. %, порошок сплава алюминий кремний (Al-Si), легированный бором, в количестве 36,0 масс. % с содержание кремния в сплаве 32,7 масс. % и содержанием бора в сплаве 0,09 масс. %, олеат кальция в количестве 1,1 масс. %, остальное - органическое связующее, 10% раствор этилцеллюлозы в смеси терпинеола и бутилкарбитола. Фактический состав пасты приведен в таблице 1. Параметры солнечного элемента, изготовленного с применением пасты приведены в таблице 2.
Пример 9
Для приготовления токопроводящей пасты использовали: порошок алюминия с размером частиц D50 3,2 мкм в количестве 41,6 масс. %, порошок стекла системы сурьма-бор-кремний в количестве 0,4 масс. %, порошок сплава алюминий кремний (Al-Si), легированный бором, в количестве 36,0 масс. % с содержание кремния в сплаве 32,7 масс. % и содержанием бора в сплаве 0,09 масс. %, остальное - органическое связующее, 10% раствор этилцеллюлозы в смеси терпинеола и бутилкарбитола. Фактический состав пасты приведен в таблице 1. Параметры солнечного элемента, изготовленного с применением пасты приведены в таблице 2.
Пример 10
Для приготовления токопроводящей пасты использовали: порошок алюминия с размером частиц D50 3,2 мкм в количестве 20,5 масс. %, порошок стекла системы сурьма-бор-кремний в количестве 0,4 масс. %, порошок сплава алюминий кремний (Al-Si), легированный бором, в количестве 50,0 масс. % с содержание кремния в сплаве 32,7 масс. % и содержанием бора в сплаве 0,09 масс. %, олеат кальция в количестве 1,1 масс. %, остальное - органическое связующее, 10% раствор этилцеллюлозы в смеси терпинеола и бутилкарбитола. Фактический состав пасты приведен в таблице 1. Параметры солнечного элемента, изготовленного с применением пасты приведены в таблице 2.
Пример 11
Для приготовления токопроводящей пасты использовали: порошок алюминия с размером частиц D50 3,2 мкм в количестве 40,5 масс. %, порошок стекла системы сурьма-бор-кремний в количестве 0,4 масс. %, порошок сплава алюминий кремний (Al-Si), легированный бором, в количестве 36,0 масс. % с содержание кремния в сплаве 42,4 масс. % и содержанием бора в сплаве 0,12 масс. %, олеат кальция в количестве 1,1 масс. %, остальное - органическое связующее, 10% раствор этилцеллюлозы в смеси терпинеола и бутилкарбитола. Фактический состав пасты приведен в таблице 1. Параметры солнечного элемента, изготовленного с применением пасты приведены в таблице 2.
Пример 12
Для приготовления токопроводящей пасты использовали: порошок алюминия с размером частиц D50 3,2 мкм в количестве 40,5 масс. %, порошок стекла системы сурьма-бор-кремний в количестве 0,4 масс. %, порошок сплава алюминий кремний (Al-Si), легированный бором, в количестве 36,0 масс. % с содержание кремния в сплаве 33,5 масс. % и содержанием бора в сплаве 0,32 масс. %, олеат кальция в количестве 1,1 масс. %, остальное - органическое связующее, 10% раствор этилцеллюлозы в смеси терпинеола и бутилкарбитола. Фактический состав пасты приведен в таблице 1. Параметры солнечного элемента, изготовленного с применением пасты приведены в таблице 2.
Таблица 1. Составы паст и параметры солнечных элементов, изготовленных с применением этих паст. Все компоненты паст приведены в масс. %.
Таблица 2. Параметры солнечных элементов с тыльной диэлектрической пассивацией и точечными локальными контактами.
Массу отпечатка пасты измеряли на электронных весах Sartorius CPA6202S. Погрешность измерения не более ±0,005 мм. В массовом промышленном производстве солнечных элементов масса отпечатка алюминиевой пасты должна быть в диапазоне 1,0-0,4 гр. Более предпочтительно 0,8-0,6 гр.
Прогиб солнечных элементов измеряли на лазерной оптической системе «Keyence LK-036». Погрешность измерения не более ±0,025 мм. В массовом промышленном производстве солнечных элементов прогиб должен быть менее 1,5 мм.
КПД солнечного элемента и другие вольтамперные характеристики (Voc – напряжение холостого хода, Jsc – плотность тока короткого замыкания и FF – филфактор) измеряли на установке H.A.L.M. cetisPV-Celltest3 (Германия). Класс измерения установка «ААА». В массовом промышленном производстве солнечных элементов каждый из этих параметров должен быть максимально возможным.
Неоднородность локального BSF слоя и повреждение тыльной диэлектрической пассивации определяли как процент черных участков с повышенной скоростью рекомбинации от общей площади локальных контактов на картах электролюминесценции, полученных на установке H.A.L.M. cetisPV-Celltest3 (Германия). В массовом промышленном производстве солнечных элементов суммарная площадь черных участков с повышенной скоростью рекомбинации на картах электролюминесценции должна быть не более 5%. Более предпочтительно полное отсутствие черных участков.
Сопротивление воженного слоя алюминиевой пасты измеряли на установке H.A.L.M. cetisPV-Celltest3 (Германия). В массовом промышленном производстве солнечных элементов сопротивление воженного слоя алюминиевой пасты должно быть минимально возможным.
Наличие алюминиевых шариков оценивали визуально с применением широкопольного микроскопа Wild (Германия). Для количественно оценки использовали пятибалльную шкалу, где «0» - алюминиевые шарики полностью отсутствуют, «5» - максимальное количество шариков. В массовом промышленном производстве солнечных элементов количество шариков не должно превышать уровень «1». Более предпочтительно полное отсутствие шариков.
Адгезию после ламинации измеряли на цифровом динамометре MEGEON-03050. Погрешность измерения не более ±0,5 Н/см. Для изготовления образцов ламинированных солнечных элементов использовали ламинатор Panamac DM12 (Италия) и этиленвинилацетатный ламинат. В массовом промышленном производстве солнечных элементов адгезия после ламинации должна быть более 10 Н/см. Более предпочтительна адгезия, превышающая 20 Н/см.
Промышленная применимость
В алюминиевой пасте для кремниевых солнечных элементов с тыльной диэлектрической пассивацией, согласно изобретению, используется пониженная концентрация стеклопорошка в пасте с одновременным применением металлоорганических соединений щелочноземельных металлов, в том числе в комбинации с порошком сплава (Al-Si), легированного оптимальным количеством бора, что отличает ее от известных паст. Данная композиция токопроводящей пасты обеспечивает повышение КПД солнечного элемента за счет низкого повреждения качества тыльной диэлектрической пассивации в процессе вжигания пасты и формирования однородного локального BSF в локальных контактах. Одновременно, паста, согласно изобретению, позволяет получать комплекс потребительских требований к солнечному элементу, а именно: низкий прогиб менее 1,0 мм, адгезию после ламинации выше 20 H/см, полное отсутствие алюминиевых шариков на поверхности воженного слоя пасты.
Алюминиевая паста, изготовленная в соответствии с изобретением, может быть использована в производстве кремниевых солнечных элементов с тыльной диэлектрической пассивацией для формирования тыльного электрода с линейно-штриховыми, линейно-точечными и точечными локальными контактами.
Claims (8)
1. Алюминиевая паста для изготовления тыльного контакта кремниевых солнечных элементов c тыльной диэлектрической пассивацией, включающая порошок алюминия, органическое связующее, порошок стекла, отличающаяся тем, что паста дополнительно содержит одно или смесь металлоорганических соединений щелочноземельных металлов, при следующем соотношении компонентов, масс. %:
2. Алюминиевая паста по п.1, отличающаяся тем, что в качестве металлоорганических соединений содержит одно или смесь веществ из ряда олеатов, стеаратов или октоатов магния, кальция, стронция или бария.
3. Алюминиевая паста по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит порошок сплава (Al-Si), легированного бором, который частично замещает порошок алюминия, при неизменной суммарной концентрации порошка алюминия и порошка сплава (Al-Si), легированного бором, при следующем соотношении компонентов, масс. %:
4. Алюминиевая паста по п.3, отличающаяся тем, что в пасте используется следующее соотношение компонентов, масс. %:
5. Алюминиевая паста по п.3, отличающаяся тем, что в порошке сплава (Al-Si), легированном бором, концентрация бора находится в диапазоне 0,04-0,2 масс. %, одновременно концентрация кремния лежит в диапазоне 15-40 масс. %.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018139305A RU2690091C1 (ru) | 2018-11-08 | 2018-11-08 | Алюминиевая паста для изготовления тыльного контакта кремниевых солнечных элементов c тыльной диэлектрической пассивацией |
| PCT/RU2018/000832 WO2020096478A1 (ru) | 2018-11-08 | 2018-12-17 | Алюминиевая паста для изготовления тыльного контакта кремниевых солнечных элементов |
| CN201880098872.2A CN113169236A (zh) | 2018-11-08 | 2018-12-17 | 用于制造具有背面介电钝化的硅太阳能电池背面触点的铝浆 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018139305A RU2690091C1 (ru) | 2018-11-08 | 2018-11-08 | Алюминиевая паста для изготовления тыльного контакта кремниевых солнечных элементов c тыльной диэлектрической пассивацией |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2690091C1 true RU2690091C1 (ru) | 2019-05-30 |
Family
ID=67037684
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018139305A RU2690091C1 (ru) | 2018-11-08 | 2018-11-08 | Алюминиевая паста для изготовления тыльного контакта кремниевых солнечных элементов c тыльной диэлектрической пассивацией |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113169236A (ru) |
| RU (1) | RU2690091C1 (ru) |
| WO (1) | WO2020096478A1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US12015091B2 (en) * | 2020-09-08 | 2024-06-18 | Toyo Aluminium Kabushiki Kaisha | Conductive paste and method for producing TOPCon solar cell |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114388172B (zh) * | 2021-12-31 | 2024-03-26 | 广东南海启明光大科技有限公司 | 一种硼硅玻璃浆料、选择性发射极及制备方法和应用 |
| CN114883026B (zh) * | 2022-01-18 | 2024-02-02 | 湖南利德电子浆料股份有限公司 | 一种双面背钝化晶硅太阳能电池专用铝浆及其制备方法 |
| CN114822908A (zh) * | 2022-04-19 | 2022-07-29 | 广州市儒兴科技股份有限公司 | 一种用于高方阻TOPcon电池P+面的银铝浆及其制备方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1775776A1 (en) * | 2005-10-11 | 2007-04-18 | E.I.Du pont de nemours and company | Aluminum thick film compositions, electrodes, semiconductor devices and methods of making thereof |
| RU2303831C2 (ru) * | 2004-06-21 | 2007-07-27 | Открытое Акционерное Общество "Завод электронных материалов и приборов "Аналог" | Паста алюминиевая для кремниевых солнечных элементов |
| RU2462788C2 (ru) * | 2007-11-21 | 2012-09-27 | Тойо Алюминиум Кабусики Кайся | Пастообразный состав и солнечный элемент |
| RU2531519C1 (ru) * | 2013-05-27 | 2014-10-20 | Закрытое акционерное общество "Монокристалл" ЗАО "Монокристалл" | Алюминиевая паста для кремниевых солнечных элементов |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007194580A (ja) * | 2005-12-21 | 2007-08-02 | E I Du Pont De Nemours & Co | 太陽電池電極用ペースト |
| KR20110028347A (ko) * | 2008-06-11 | 2011-03-17 | 이 아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니 | 규소 태양 전지 형성 방법 |
| KR101225909B1 (ko) * | 2008-08-07 | 2013-01-24 | 교토 에렉스 가부시키가이샤 | 태양전지소자의 전극형성용 도전성 페이스트, 태양전지소자 및 그 태양전지소자의 제조방법 |
| US20120152341A1 (en) * | 2010-12-16 | 2012-06-21 | E.I. Du Pont De Nemours And Company | Low bow aluminum paste with an alkaline earth metal salt additive for solar cells |
| CN104185874A (zh) * | 2012-01-16 | 2014-12-03 | 赫劳斯贵金属北美康舍霍肯有限责任公司 | 用于具有局部打开的通孔的背面钝化的电池的铝导体浆料 |
| CN102543253A (zh) * | 2012-02-17 | 2012-07-04 | 杜国平 | 铝硅硼浆料及其制备方法 |
| CN108074656A (zh) * | 2017-12-29 | 2018-05-25 | 北京市合众创能光电技术有限公司 | 一种丝网印刷perc晶体硅太阳能主栅正银浆料及其制备方法 |
-
2018
- 2018-11-08 RU RU2018139305A patent/RU2690091C1/ru not_active IP Right Cessation
- 2018-12-17 WO PCT/RU2018/000832 patent/WO2020096478A1/ru active Application Filing
- 2018-12-17 CN CN201880098872.2A patent/CN113169236A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2303831C2 (ru) * | 2004-06-21 | 2007-07-27 | Открытое Акционерное Общество "Завод электронных материалов и приборов "Аналог" | Паста алюминиевая для кремниевых солнечных элементов |
| EP1775776A1 (en) * | 2005-10-11 | 2007-04-18 | E.I.Du pont de nemours and company | Aluminum thick film compositions, electrodes, semiconductor devices and methods of making thereof |
| RU2462788C2 (ru) * | 2007-11-21 | 2012-09-27 | Тойо Алюминиум Кабусики Кайся | Пастообразный состав и солнечный элемент |
| RU2531519C1 (ru) * | 2013-05-27 | 2014-10-20 | Закрытое акционерное общество "Монокристалл" ЗАО "Монокристалл" | Алюминиевая паста для кремниевых солнечных элементов |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US12015091B2 (en) * | 2020-09-08 | 2024-06-18 | Toyo Aluminium Kabushiki Kaisha | Conductive paste and method for producing TOPCon solar cell |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113169236A (zh) | 2021-07-23 |
| WO2020096478A1 (ru) | 2020-05-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2690091C1 (ru) | Алюминиевая паста для изготовления тыльного контакта кремниевых солнечных элементов c тыльной диэлектрической пассивацией | |
| US9343194B2 (en) | Process for the formation of a silver back electrode of a passivated emitter and rear contact silicon solar cell | |
| US8227292B2 (en) | Process for the production of a MWT silicon solar cell | |
| US9054242B2 (en) | Process for the production of a MWT silicon solar cell | |
| US20110120535A1 (en) | Aluminum pastes and use thereof in the production of passivated emitter and rear contact silicon solar cells | |
| US20100258184A1 (en) | Glass compositions used in conductors for photovoltaic cells | |
| US20100258165A1 (en) | Glass compositions used in conductors for photovoltaic cells | |
| KR20100005121A (ko) | 후막 전도성 조성물 및 반도체 소자의 제조에 사용하기 위한 공정 | |
| US8884277B2 (en) | Thick film conductive composition and use thereof | |
| US20130192670A1 (en) | Aluminum paste and use thereof in the production of passivated emitter and rear contact silicon solar cells | |
| US20100258166A1 (en) | Glass compositions used in conductors for photovoltaic cells | |
| WO2010151862A1 (en) | Process of forming a grid cathode on the front-side of a silicon wafer | |
| US20100294361A1 (en) | Process of forming a grid electrode on the front-side of a silicon wafer | |
| US20130056060A1 (en) | Process for the production of lfc-perc silicon solar cells | |
| US20110240124A1 (en) | Metal pastes and use thereof in the production of silicon solar cells | |
| US20130061918A1 (en) | Process for the formation of a silver back electrode of a passivated emitter and rear contact silicon solar cell | |
| US20100294360A1 (en) | Process of forming a grid electrode on the front-side of a silicon wafer | |
| US8128846B2 (en) | Silver composition for micro-deposition direct writing silver conductor lines on photovoltaic wafers | |
| Panek et al. | The new copper composite of pastes for Si solar cells front electrode application | |
| EP2586037A1 (en) | Process for the formation of a silver back anode of a silicon solar cell | |
| US20160240706A1 (en) | Aluminum pastes and use thereof in the production of passivated emitter and rear contact silicon solar cells | |
| US20130074916A1 (en) | Process for the production of a mwt silicon solar cell | |
| JP2017534560A (ja) | 鉛−タングステンベースの酸化物を含有する厚膜ペーストおよび半導体デバイスの製造でのその使用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20201109 |