TW201407637A - 用於導電膏組成物之無機反應系統 - Google Patents

用於導電膏組成物之無機反應系統 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種用於製備導電膏之無機反應系統。特定而言，無機反應系統包含導電玻璃。該無機反應系統可包含含銀基質形成組成物。該含銀基質組成物可包含氧化銀或鹵化銀中之至少一者，或兩者。本發明亦提供利用包含含有導電玻璃之無機反應系統的導電膏製造的太陽能電池及利用包含含有導電玻璃之無機反應系統的導電膏製造太陽能電池之方法。

Description

用於導電膏組成物之無機反應系統 【相關申請案之交叉引用】
本專利申請案主張2012年4月17日申請之美國臨時專利申請案第61/625,383號以及2012年8月20日申請之美國臨時申請案第61/684,884號的權益，該等專利申請案之揭示內容以全文引用之方式併入本發明中。
本發明係關於一種用於導電膏中之無機反應系統。特定而言，該無機反應系統包含導電玻璃。本發明之另一態樣係關於一種導電膏組成物，其包含導電金屬組分、無機反應系統以及有機媒劑。本發明之另一態樣係關於一種太陽能電池，其係藉由將導電膏塗覆於矽晶圓上而製得，該導電膏包含導電金屬、無機反應系統以及有機媒劑。本發明之另一態樣係關於一種使用本發明之導電膏製造太陽能電池之方法。本發明之另一態樣係關於一種太陽能電池模組，其係使用太陽能電池組裝而成，該等太陽能電池係藉由將導電膏塗覆至矽晶圓上而製得，其中該導電膏包含導電金屬、無機反應系統以及有機媒劑。
太陽能電池為使用光電效應將光能轉換成電的裝置。太陽能為一種吸引人之綠色能源，因為其可持續且僅產生無污染之副產物。因此，許多研究當前致力於研發效率有所提高的太陽能電池，同時持續 降低材料及製造成本。
當光射中太陽能電池時，一部分入射光由表面反射而其餘部分透射至太陽能電池中。透射之光/光子由太陽能電池所吸收，該太陽能電池通常由半導體材料(諸如矽)製成。所吸收之光子能量會激發來自半導體材料之原子的電子，產生電子電洞對。此等電子電洞對接著由p-n接面分離且由塗覆於太陽能電池表面上之導電電極收集。此等導電電極通常包含導電膏組成物。
傳統導電膏含有金屬粒子、玻璃粉及有機媒劑。此等組分通常經選擇以充分利用所產生之太陽能電池的理論電位。金屬粒子充當表面電極之導電組分。有機媒劑提供用以組合所有組分的介質。玻璃粉組分具有多種用途，其中一個用途在於改良電極與下伏矽表面之間的接觸。需要使導電膏與矽表面之間以及金屬粒子本身的接觸達到最大，使得電荷載流子可流過界面接著流過表面電極。導電膏中之玻璃粒子提供使該膏在金屬與下伏矽基板之間建立接觸的介質。玻璃組分須具有特定特性以達成最佳接觸。因此，目的在於最小化接觸電阻，同時改良太陽能電池效率。已知之玻璃組成物因電極與矽晶圓之界面中玻璃之絕緣作用而具有高接觸電阻。此外，已知玻璃粉具有寬熔融溫度範圍，使得其性能很大程度地取決於加工參數。因此，需要電學特性得到改良之導電膏組成物。特定而言，需要具有改良之玻璃粉組分的導電膏組成物。
本發明提供一種導電膏組成物，其包含金屬粒子；無機反應系統，該無機反應系統包含電導率大於1×10-12S．cm-1之導電玻璃材料；及有機媒劑。在本發明之一個實施例中，導電玻璃材料具有大於1×10-11S．cm-1之電導率。
在本發明之另一實施例中，導電玻璃材料包含銀。在本發明之 另一實施例中，導電玻璃材料包含氧化銀或鹵化銀，更佳包含溴化銀、碘化銀或氯化銀。
在本發明之一個實施例中，導電膏組成物進一步包含其他基質形成組成物。在本發明之一個實施例中，該其他基質形成組成物包含鉛。在本發明之另一實施例中，該其他基質形成組成物包含含鉛玻璃組成物。在本發明之一個實施例中，該其他基質形成組成物不含有意添加之鉛。
在本發明之一個實施例中，導電玻璃材料包含銀，該銀佔基質形成組成物之至多85m.%，或佔基質形成組成物之至多75m.%，或佔基質形成組成物之至多60m.%，或佔基質形成組成物之至多40m.%，或佔基質形成組成物之至多20m.%，或佔基質形成組成物之至多10m.%。在本發明之另一實施例中，導電玻璃材料包含佔基質形成組成物之20m.%至85m.%，或佔基質形成組成物之40m.%至75m.%，或佔基質形成組成物之50m.%至70m.%之銀。在本發明之另一實施例中，導電玻璃材料包含至多80wt.%之銀，較佳至多50wt.%，更佳至多30wt.%，且最佳約1wt.%至20wt.%之銀。
本發明亦提供一種導電膏組成物，其包含金屬粒子；無機反應系統，該無機反應系統包含含銀之第一基質形成組成物及第二基質形成組成物；及有機媒劑。
在本發明之一個實施例中，第一基質形成組成物包含含銀玻璃組成物。在本發明之另一實施例中，含銀玻璃組成物包含氧化銀。在本發明之另一實施例中，含銀玻璃組成物包含氧化銀、氧化碲及氧化鋅。
在本發明之一個實施例中，含銀玻璃組成物包含鹵化銀，更佳包含溴化銀、碘化銀或氯化銀。
在本發明之另一實施例中，含銀玻璃組成物包含氧化銀及鹵化 銀。
在本發明之另一實施例中，第二基質形成組成物包含鉛。在本發明之一個實施例中，第二基質形成組成物包含含鉛玻璃組成物。在本發明之另一實施例中，第二基質形成組成物不含有意添加之鉛。
在本發明之一個實施例中，第一基質形成組成物包含銀，該銀佔第一基質形成組成物之至多85m.%，或至多75m.%，或至多60m.%，或至多40m.%，或至多20m.%，或至多10m.%。在本發明之另一實施例中，第一基質形成組成物包含佔第一基質形成組成物之20m.%至85m.%，或40m.%至75m.%，或50m.%至70m.%之銀。在本發明之另一實施例中，第一基質形成組成物包含至多80wt.%之銀，較佳至多50wt.%，更佳至多30wt.%且最佳約1wt.%至20wt.%之銀。在本發明之另一實施例中，第一基質形成組成物佔IRS之約5wt.%至95wt.%，較佳佔IRS之約20wt.%至60wt.%，且最佳約20wt.%至50wt.%。
在本發明之一個實施例中，第二基質形成組成物佔IRS之5wt.%至95wt.%，較佳佔IRS之約40wt.%至95wt.%，且最佳約50wt.%至95wt.%。
本發明進一步提供一種導電膏組成物，其包含金屬粒子；無機反應系統，該無機反應系統包含含有鉛及銀化合物之基質形成組成物；及有機媒劑。
在本發明之一個實施例中，基質形成組成物包含含銀玻璃組成物。在本發明之另一實施例中，銀化合物為氧化銀。在本發明之另一實施例中，銀化合物為鹵化銀，較佳為碘化銀、溴化銀或氯化銀。在本發明之另一實施例中，銀化合物包含氧化銀及鹵化銀。
在本發明之一個實施例中，基質形成組成物包含銀，該銀佔第一基質形成組成物之至多85m.%，或至多75m.%，或至多60m.%， 或至多40m.%，或至多20m.%，或至多10m.%。在本發明之另一實施例中，基質形成組成物包含佔第一基質形成組成物20m.%至85m.%，或40m.%至75m.%，或50m.%至70m.%之銀。在本發明之另一實施例中，基質形成組成物包含至多80wt.%之銀，較佳至多50wt.%，更佳至多30wt.%且最佳約1wt.%至20wt.%之銀。
在本發明之一個實施例中，基質形成組成物進一步包含碲化合物，較佳包含氧化碲。在本發明之另一實施例中，基質形成組成物包含30%至99%之氧化碲。
在本發明之一個實施例中，基質形成組成物進一步包含鋅化合物，較佳包含氧化鋅。在本發明之另一實施例中，基質形成組成物包含0%至30%之氧化鋅。
本發明亦提供一種導電膏組成物，其包含金屬粒子；無機反應系統，該無機反應系統包含含有鹵化銀之基質形成組成物；及有機媒劑。
在本發明之一個實施例中，基質形成組成物包含0.5%至95%之鹵化銀。在本發明之另一實施例中，基質形成組成物進一步包含氧化銀。在本發明之另一實施例中，基質形成組成物包含0.5wt.%至60wt.%之氧化銀。
在本發明之一個實施例中，基質形成組成物進一步包含碲化合物，較佳包含氧化碲。
在本發明之另一實施例中，基質形成組成物進一步包含鋅化合物，較佳包含氧化鋅。
在本發明之一個實施例中，基質形成組成物進一步包含鉛，較佳包含氧化鉛。
在本發明之另一實施例中，基質形成組成物不含有意添加之鉛。
本發明進一步提供一種導電膏組成物，其包含金屬粒子；無機反應系統，該無機反應系統包含銀-碲-鋅氧化物；及有機媒劑。
在本發明之一個實施例中，銀-碲-鋅氧化物為Aga-Teb-Znc-Od
其中0a、b或c1，且Od與Aga-Teb-Znc組分達成電荷平衡。
在本發明之一個實施例中，a：b為5：95至95：5，更佳，a：b為1：10至10：1。在本發明之另一實施例中，b：c為5：95至95：5，更佳為1：1至20：1。
在本發明之另一實施例中，銀-碲-鋅氧化物包含約30wt.%至99wt.%(佔銀-碲-鋅氧化物總量)之TeO2、約0wt.%至30wt.%之ZnO，及約0wt.%至30wt.%之Ag2O。
在本發明之一個實施例中，銀-碲-鋅氧化物佔IRS之約5wt.%至95wt.%，較佳佔IRS之約20wt.%至60wt.%，更佳佔IRS之約20wt.%至50wt.%。
在本發明之另一實施例中，銀-碲-鋅氧化物進一步包含選自由以下組成之群的至少一者：鹼金屬氧化物、鹼土金屬氧化物、稀土金屬氧化物，及Pb、Bi、Al、Ga、Si、Ge、Sn、P、Sb、Nb、Ta、V、Ti、Mo或W氧化物。
在本發明之一個實施例中，導電膏組成物進一步包含其他基質形成組成物。在本發明之一個實施例中，該其他基質形成組成物包含鉛。在本發明之另一實施例中，該其他基質形成組成物包含含鉛玻璃組成物。在本發明之另一實施例中，該其他基質形成組成物不含有意添加之鉛。
本發明進一步提供一種導電膏組成物，其包含金屬粒子；無機反應系統，該無機反應系統包含根據下式之鹵化銀基質形成組成物：(AgHA)x-(AgO0.5)y-(MnOr)z
其中HA為Br、I、Cl或F；M係選自由以下組成之群：Pb、Bi、Li、Na、K、Mg、Sr、Ba、Zn、P、B、Si、Ag、Al、Ti、W、V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Nb、Ta、Te、Th、Ge、Mo、La及Ce；n>0，且Or與Mn達成電荷平衡；及有機媒劑。
在本發明之一個實施例中，0x、y或z1，x：y為0：100至95：5，更佳，x：y為0：100至75：25，且x：z為0：100至95：5，更佳，x：z為0：100至80：20。在本發明之另一實施例中，HA為Br或I。在本發明之另一實施例中，M為選自由Te、Pb、P、Zn及B組成之群的至少一者。
在本發明之一個實施例中，鹵化銀基質形成組成物包含約0.5wt.%至95wt.%(佔鹵化銀基質形成組成物總量)之鹵化銀、約0.5wt.%至60wt.%之Ag2O及約0.5wt.%至95wt.%之其他氧化物。
在本發明之另一實施例中，鹵化銀基質形成組成物進一步包含選自由以下組成之群的至少一者：鹼金屬氧化物、鹼土金屬氧化物、稀土金屬氧化物，及Pb、Bi、Al、Ga、Si、Ge、Sn、B、P、Sb、Te、Nb、Ta、V、Ti、Mo或W氧化物。
在本發明之另一實施例中，無機反應系統佔總導電膏之約1wt.%至15wt.%。
在本發明之另一實施例中，鹵化銀基質形成組成物構成約5wt.%至95wt.%(佔總無機反應系統)，較佳約5wt.%至60wt.%，最佳約5wt.%至50wt.%。
根據本發明之任何實施例，金屬粒子可為選自由銀、金、銅及鎳組成之群的至少一者。根據本發明之任何實施例，金屬粒子較佳為銀。
根據本發明之任何實施例，金屬粒子可佔膏之約50wt.%至95wt.%。
根據本發明之任何實施例，有機媒劑可包含黏合劑、界面活性劑、有機溶劑及觸變劑。
根據本發明之任何實施例，有機媒劑可佔導電膏之約1wt.%至20wt.%。
根據本發明之任何實施例，黏合劑可包含選自由以下組成之群的至少一者：乙基纖維素或酚系樹脂、丙烯酸系物、聚乙烯醇縮丁醛或聚酯樹脂、聚碳酸酯、聚乙烯或聚胺基甲酸酯樹脂，及松香衍生物。
根據本發明之任何實施例，溶劑可包含選自由以下組成之群的至少一者：卡必醇、松香醇、己基卡必醇、醇酯十二(texanol)、丁基卡必醇、丁基卡必醇乙酸酯及己二酸二甲酯或二醇醚。
根據本發明之任何實施例，界面活性劑可包含選自由以下組成之群的至少一者：聚氧化乙烯、聚乙二醇、苯并三唑、聚(乙二醇)乙酸、月桂酸、油酸、癸酸、肉豆蔻酸、亞油酸、硬脂酸、棕櫚酸、硬脂酸鹽、棕櫚酸鹽及其混合物。
本發明進一步提供一種太陽能電池，其係藉由將根據任何先前所述之實施例的導電膏塗覆至矽晶圓上，且對矽晶圓進行燒製而製得。本發明進一步提供一種太陽能電池模組，其包含如先前所述之電互連的太陽能電池。
本發明進一步提供一種製備太陽能電池的方法，其包含以下步驟：提供矽晶圓，將根據任何先前所述之實施例之導電膏塗覆至矽晶圓上，及對矽晶圓進行燒製。在該方法之一個實施例中，矽晶圓包含抗反射塗層。在該方法之另一實施例中，將導電膏塗覆於矽晶圓之前側。
100‧‧‧太陽能電池
101‧‧‧單個摻雜Si晶圓
102‧‧‧p-n接面邊界
103‧‧‧前電極/前側電極
104‧‧‧背電極
105‧‧‧前摻雜層
106‧‧‧背摻雜層
200‧‧‧太陽能電池
207‧‧‧前鈍化層
208‧‧‧背鈍化層
209‧‧‧抗反射層
210‧‧‧高度摻雜背層
214‧‧‧前電極指狀物
215‧‧‧前電極匯流排
300a‧‧‧在塗覆前電極之前的晶圓
300b‧‧‧在燒製之前前面上塗覆有導電膏之晶圓
300c‧‧‧塗覆有前電極的晶圓
311‧‧‧背面
312‧‧‧前面/前層
313‧‧‧導電膏
藉由在結合隨附圖式考慮時參考以下【實施方式】將會易於更 完全理解本發明及其許多伴隨優勢，亦會更好地瞭解本發明及其許多伴隨優勢，其中：圖1為根據本發明之一例示性實施例的太陽能電池最少所需之層組態之截面端視圖；圖2為圖1之太陽能電池之截面端視圖，包括前及背摻雜層及鈍化層以及抗反射層；圖3A為根據本發明之一例示性實施例之太陽能電池在塗覆前電極之前的截面端視圖；圖3B為圖3A之太陽能電池之截面端視圖，其包括印刷於其上之根據本發明之一例示性實施例的導電膏；及圖3C為圖3B之太陽能電池之截面端視圖，其中導電膏已經燒製而形成前電極。
本發明係關於用於製造太陽能電池之導電膏組成物。導電膏通常包含金屬粒子、玻璃粉及有機媒劑。雖然不限於該種應用，但該等膏可用於形成太陽能電池上之電接觸層或電極。特定而言，該等膏可塗覆於太陽能電池之前側或太陽能電池之背側且提供電池之間進行電導的路徑。
無機反應系統(IRS)
在一個態樣中，本發明係關於一種無機反應系統，其用於例如導電膏組成物中。
本發明之IRS替代傳統玻璃粉組分之作用。首先，IRS為金屬粒子提供傳遞介質，允許該等金屬粒子自膏遷移至金屬導體與半導體基板之界面中。IRS亦為膏組分在界面處發生物理及化學反應提供反應介質。物理反應包括(但不限於)熔融、溶解、擴散、燒結、沈澱及結晶。化學反應包括(但不限於)合成(形成新化學鍵)及分解、還原及氧 化，及相轉變。最後，IRS用作黏著介質，在金屬導體與半導體基板之間提供黏結，從而確保在太陽能裝置壽命期間的電接觸效能可靠。雖然意欲達成相同作用，但現有之玻璃粉組成物會因金屬層與矽晶圓之界面中玻璃之絕緣作用而產生高接觸電阻。雖然本發明之IRS用作傳遞、反應及黏著介質，但其提供低得多之接觸電阻及較高之總體電池效率。根據各實施例，IRS佔膏之約1wt.%至15wt.%，較佳佔膏之約1wt.%至8wt.%，甚至更佳約1wt.%至5wt.%。
IRS通常包含至少一種基質形成組成物。基質形成組成物在本發明IRS及/或包含本發明IRS之導電膏的燒製溫度下會發生熔融或燒結。基質形成組成物用作IRS及導電膏之各種組分的分佈介質。基於IRS及導電膏之組成選擇燒製溫度，其中達成理想金屬化。峰值燒製溫度通常高於400℃，較佳高於600℃。通常，峰值燒製溫度高於基質形成組成物之組分的玻璃轉移溫度(Tg)，在基質形成組成物展現該特徵的情況下。在Tg下，非晶形物質自硬質固體轉化成部分可移動之過冷熔體，從而允許組成物進行分佈。IRS材料之所需Tg通常在約100℃至700℃，較佳約150℃至600℃，且最佳約200℃至500℃之範圍內。使導電膏暴露於燒製溫度的持續時間可為數秒至數分鐘。
此外，本發明之基質形成組成物可包含結晶或部分結晶物質。基質形成組成物可為玻璃、陶瓷或為熟習此項技術者所知可在高溫下形成基質的任何化合物。導電膏中傳統上使用的玻璃粉即為實例。另一實例為可在IRS及導電膏之燒製溫度下形成基質的非晶形、結晶或半結晶物質(例如氧化物)的混合物。
本發明之IRS可包含各種化合物，包括(但不限於)氧化物、鹽、鹵化物、硫族化物、有機金屬化合物、氟化物、硫化物、合金及元素物質。有機金屬化合物之實例可為(但不限於)乙酸鉛、乙酸鉍及有機鋰化合物。
另外，IRS亦可包含為熟習此項技術者所知用於調節加工參數(諸如玻璃轉移溫度)的氧化物或化合物。IRS亦可包含矽、硼、鋁、鉍、鋰、鈉、鎂、鋅、鈦及鋯之其他氧化物或其他化合物。其他基質形成劑或改質劑，諸如氧化鍺、氧化釩、氧化鎢、鉬氧化物、鈮氧化物、錫氧化物、銦氧化物、其他鹼金屬及鹼土金屬(諸如K、Rb、Cs及Be、Ca、Sr、Ba)化合物、稀土金屬氧化物(諸如La2O3、鈰氧化物)、磷氧化物或金屬磷酸鹽、過渡金屬氧化物(諸如銅氧化物及鉻氧化物)、金屬鹵化物(諸如鉛氟化物及鋅氟化物)亦可為IRS組成物之一部分。上述氧化物及化合物可併入IRS之基質形成組成物中或作為添加劑併入IRS中。
本文所述之無機反應系統亦可包含其他添加劑，其可為熟習此項技術者所知適用作添加劑之任何氧化物及化合物。舉例而言，可使用硼、鋁、鉍、鋰、鈉、鎂、鋅及磷氧化物及化合物。根據本文揭示之某些實施例，IRS可包含選自由以下組成之群的至少一種添加劑：Al2O3、ZnO、Li2O、Ag2O、AgO、MoO3、TiO2、TeO2、CoO、Co2O3、Bi2O3、CeO2、CeF4、SiO2、MgO、PbO、ZrO2、HfO2、In2O3、SnO2、P2O5、Ta2O5、B2O3、Ag3PO4、LiCoO2、LiNiO2、Ni3(PO4)2、NiO或磷酸鋰。IRS中之添加劑可用於調節IRS效能，諸如最佳化與矽基板的接觸特徵。此等添加劑亦可完全或部分併入基質形成組成物中。
熟習此項技術者熟知，IRS材料可展現多種形狀、表面性質、尺寸、表面積與體積比及塗層。IRS材料粒子之多種形狀為熟習此項技術者所知。一些實例為球形、有角的、拉長的(桿狀或針狀)及平坦的(薄片狀)。IRS粒子亦可以不同形狀之粒子的組合形式存在。具有促成所製得電極之有利之燒結性、黏著性、電接觸及電導率的形狀或形狀組合之IRS粒子根據本發明為較佳的。
對粒子之形狀及表面進行表徵的一種方式為藉由其表面積與體積比。粒子之表面積與體積比之最小值係由具有平滑表面之球形來體現。形狀愈不均勻及不平坦，其表面積與體積比將愈高。在本發明之一個實施例中，表面積與體積比較高之IRS粒子為較佳的，表面積與體積比較佳在約1.0×107至約1.0×109m-1範圍內，更佳在約5.0×107至約5.0×108m-1範圍內，且最佳在約1.0×108至約5.0×108m-1之範圍內。在本發明之另一實施例中，表面積與體積比較低之IRS粒子為較佳的，表面積與體積比較佳在約6×105至約8.0×106m-1範圍內，更佳在約1.0×106至約6.0×106m-1範圍內，且最佳在約2.0×106至約4.0×106m-1範圍內。
平均粒子直徑d50及相關參數d10及d90為熟習此項技術者所熟知之粒子特徵。根據本發明較佳的是，IRS粒子之平均粒子直徑d50處於約0.5至約10μm範圍內，更佳處於約1至約7μm範圍內，且最佳處於約1至約5μm範圍內。粒子直徑d50之測定為熟習此項技術者所熟知。
IRS粒子可存在有表面塗層。為熟習此項技術者所知且認為適於本發明之情況的任何該種塗層均可用於IRS粒子上。本發明之較佳塗層為促進導電膏之印刷、燒結及腐蝕特徵有所改良的塗層。若該種塗層存在，則根據本發明，該塗層較佳對應於至多約10wt.%，較佳至多約8wt.%，最佳至多約5wt.%，在各狀況下以IRS粒子之總重量計。
導電玻璃組成物
如上所述，本發明之IRS可包含基質形成組成物，其為導電玻璃材料。本文所述之玻璃材料可為非晶形、結晶或部分結晶的。在本發明之範疇內，玻璃材料可指如下任何材料或材料之混合物，其在暴露於等於或高於該材料或混合物之玻璃轉移溫度(Tg)之溫度，或暴露於等於或高於包含該等材料或材料混合物之導電膏之燒製溫度的溫度後 呈非晶形或部分結晶。雖然玻璃組成物通常在低於Tg之溫度下為電絕緣體，但本文所述之IRS可併入有在低於Tg之溫度下具導電性的玻璃材料。IRS併入有具有高導電性或電阻率較低之玻璃材料會產生使得總體太陽能電池之接觸電阻較低且太陽能電池效率得到改良的導電膏。
導電玻璃材料可作為基質形成組成物併入IRS中，或連同其他基質形成組成物一起併入IRS中。預期導電玻璃組成物併入會使IRS之總體電導率增加。
電阻率ρ係定義為： 其中：R為材料之均一試樣之電阻(以歐姆(Ω)為單位來量測)；l為該塊材料之長度(以公尺(m)為單位來量測)；且A為試樣之截面面積(以平方公尺(m2)為單位來量測)。
電阻率具有歐姆．公尺之SI單位。
電導率σ係定義為電阻率之倒數：
電導率具有西門子/公尺(S/m)之SI單位。
導電玻璃組成物之實例包括(但不限於)AgI-Ag2SeO4、AgI-Ag4P2O7、AgI-Ag4P2O7-Pb2P2O7、AgI-Ag2WO4、AgI-Ag2O-V2O5、Ag2O-B2O3-P2O5、AgI-Ag2S-B2S3.SiS2、AgI-Ag2O-P2O5、AgBr-Ag2O-B2O3、Li2O-SiO2、Li2O-P2O5、Li2O-P2O5-LiI、Li2O-P2O5-LiCl、Li2O-B2O3、Li2O-B2O3-LiCl、Li2O-P2O5-B2O3、Li-P-O-N、Li-S-O-N、Li2S-P2S5、Li2S-P2S5-P2S3、Li2S-P2S5-B2S3、Li2S-SiS2-Li4SiO4、Li2S-B2S3-Li4SiO4及其組合。表1列出例示性導電玻璃材料之體電導率值 (σdc，S．cm-1)。1
表1中之所有玻璃組成物皆展現高於標準矽酸鹽玻璃材料(其所展現之σdc在約1×10-13至1×10-17S．cm-1範圍內)的體電導率。本文所述之IRS較佳包含體電導率高於1×10-12S．cm-1，更佳高於1×10-11S．cm-1之導電玻璃材料。此外，在表1中所示之實例中，包含銀之玻璃組成物所展現之體電導率高於不含銀之組成物。因此，在一較佳實施例中，IRS包含含銀玻璃材料或化合物。
玻璃樣品之電導率可藉由諸如使用多用測試儀或通用電橋量測樣品電阻來快速評定。玻璃樣品之電導率亦可使用阻抗計(諸如Tesla® BM 507或Solartron® 1260)隨溫度而變來進行量測。電導率可由熟知之阿侖尼烏斯定律(Arrhenius law)來描述：
其中σo為指數前因數及材料之特徵，Ea為導電表觀活化能，k B 為波耳茲曼氏常數(Boltzmann's constant)，且T為絕對溫度。玻璃樣品可製備成圓盤或板，通常具有約1cm2或1cm2以上之截面面積及約1至2mm之厚度。接著可於玻璃樣品之相對末端上沈積導電電極，諸如銀、金或鉑塗層。或者，可將玻璃粉堆疊於導電金屬粉末(諸如銀)之間，且在壓機中，例如在約2噸/平方公分的壓力下壓製成小球。可在通常為273K至低於玻璃樣品之Tg約20K至30K的溫度範圍內，且在10-2-106Hz之頻率範圍內量測玻璃樣品之電導率。
IRS可包含至多100wt.%之導電玻璃組成物。IRS除導電玻璃組成物之外亦可包含其他基質形成組成物或添加劑。IRS可包含10wt%至90wt%之導電玻璃組成物、10wt%至90wt%之其他基質形成組成物及0wt%至5wt%之添加劑。
含銀基質組成物
根據本發明之一個實施例，將銀引入本發明IRS之基質形成組成物中。銀金屬或銀化合物納入IRS中會極大地改良所得導電膏之電學效能。本發明之IRS會使得太陽能電池中金屬導體(例如銀)與半導體發射極(例如矽基板)之間的歐姆(Ohmic)接觸及肖特基(Schottky)接觸得到改良。本發明之IRS為對於矽具反應性之介質且在矽發射極上形成諸如經由直接接觸或穿隧改良總體接觸機制的作用區域。改良之接觸特性使得歐姆接觸及肖特基接觸較佳，且因此使得總體太陽能電池 效能較佳。IRS中存在銀會降低接觸電阻，增加填充因數以及太陽能電池效率。此外，含銀IRS系統可易於經調適以用於針對多種導電膏應用之不同玻璃粉及玻璃化學物質中。觀測到含銀IRS系統至少部分導電。
對將銀粒子併入玻璃組成物中之方法的描述可見於例如Salwa A.M.Abdel-Hameed及Ahlam M.Fathi,Preparation and characterization of silver nanoparticles within silicate glass ceramics via modification of ion exchange process,Journal of Alloys and Compounds 498(2010)71-76，或B.Roy及D.Chakravorty,Electrical conductance of silver nanoparticles grown in glass-ceramic,Journal of Physics：Condensed Matter 2(1990)9323-9334中。第一出版物揭示使用離子交換法將銀併入玻璃陶瓷中的方法。第二出版物揭示藉由使用晶種材料(諸如Zn2SiO4)使銀在玻璃陶瓷中生長的方法。此等方法不利於用於導電膏中，因為皆需要較長之退火時間，使得生產成本增加。另外，由此等方法產生之玻璃均不可用於太陽能電池膏中，因為在兩者中，銀相在燒製期間有較強的分離趨勢，從而導致所需玻璃電導率喪失。含銀基質形成組成物克服此等先前組成物之缺點且適用於導電膏中。
根據一個實施例，含銀基質形成組成物包含銀，該銀佔基質形成組成物之至多85莫耳%(m.%)，或佔基質形成組成物之至多75m.%，或佔基質形成組成物之至多60m.%，或佔基質形成組成物之至多40m.%、佔基質形成組成物之至多20m.%，或佔基質形成組成物之至多10m.%。在一個實施例中，含銀基質形成組成物包含佔基質形成組成物之20m.%至85m.%或佔基質形成組成物之40m.%至75m.%，或佔基質形成組成物之50莫耳%至70莫耳%(m.%)之銀。
根據一個實施例，含銀基質形成組成物包含至多80wt.%之銀， 較佳至多50wt.%，更佳至多30wt.%，且最佳約1wt.%至20wt.%之銀。含銀基質形成組成物可包含銀金屬或銀化合物作為起始物質。含銀基質形成組成物中所包括之銀化合物可分解或與其他組分或IRS反應且使得結晶、半結晶銀或其他形式之銀(諸如複合多元銀金屬氧化物)形成。銀化合物可包括(但不限於)銀氧化物、銀鹽、有機金屬銀或為熟習此項技術者所知可併入基質形成組成物中之任何其他銀化合物。舉例而言，銀化合物可包括(但不限於)Ag2F、AgBF4、AgBr、AgBrO3、AgCN、AgCNO、AgCl、AgClO3、AgClO4、Ag2CO3、AgF、AgI、AgMnO4、AgIO3、AgSCN、AgNO3、AgN3、Ag3N、AgC2H3O2、AgC22H43O2、AgC5H7O2、AgC4H3N2NSO2C6H4NH2、AgCF3SO3、AgPF6、Ag2C2、Ag2C2O4、Ag2CrO4、Ag2Cr2O7、AgVO3、Ag2WO4、Ag3AsO4、Ag2MoO4、Ag2O、Ag2S、Ag2SO4、Ag2Se、Ag2SeO3、Ag2Te、Ag2TeO3、Ag3PO4、KAg(CN)2、RbAg4I5、Ag(NH3)2NO3、AgF2、Ag4O4、AgN3、苯基銀、烯基銀、銀均三甲苯、銀三苯基鏻甲基內鎓鹽(methylide)或銀-NHC錯合物。含有銀氧化物或銀鹽之含銀玻璃或半結晶系統亦適用作含銀基質形成組成物之起始物質。
根據一個實施例，含銀基質形成組成物可包含含銀玻璃組成物，其可包含氧化銀、鹵化銀或兩者。較佳，鹵化銀為溴化銀、碘化銀或氯化銀中之一者。
包含ATZ氧化物之含銀基質組成物
根據一個實施例，含銀基質形成組成物可包含銀-碲-鋅氧化物(ATZ氧化物)，其可表示為：Aga-Teb-Znc-Od(I)
其中0a、b或c1，且Od與Aga-Teb-Znc組分達成電荷平衡。通常，a：b為5：95至95：5，更佳為1：10至10：1。通常，b：c為5：95至95：5， 更佳為1：1至20：1。ATZ氧化物可為非晶形或部分結晶的。
ATZ氧化物亦可視情況包含其他氧化物材料，例如可包括(但不限於)鹼金屬氧化物、鹼土金屬氧化物、稀土金屬氧化物、Pb、Bi、Al、Ga、Si、Ge、Sn、P、Sb、Bi、Nb、Ta、V、Ti、Mo或W氧化物。
在一特定實施例中，ATZ氧化物可使用氧化銀、氧化碲及氧化鋅作為起始物質來形成。在此特定實例中，ATZ氧化物可包含(佔總ATZ氧化物之wt.%)約30wt.%至99wt.%之TeO2、約0wt.%至30wt.%之ZnO及約0wt.%至30wt.%之Ag2O。視情況，ATZ氧化物可包含約1wt.%至10wt.%之其他氧化物材料。其他視情況存在之氧化物材料可包括(但不限於)鹼金屬氧化物、鹼土金屬氧化物、稀土金屬氧化物、Pb、Bi、Al、Ga、Si、Ge、Sn、P、Sb、Bi、Nb、Ta、V、Ti、Mo或W氧化物。
ATZ氧化物通常佔總IRS之約5wt.%至95wt.%，較佳佔總IRS之約20wt.%至60wt.%，更佳佔總IRS之約20wt.%至50wt.%。
ATZ氧化物組成物可藉由為熟習此項技術者所知之任何方法來製備。舉例而言，可在V型梳式摻合器中將呈粉末形式之ATZ氧化物玻璃組分混合在一起。接著可將混合物加熱至約580℃至620℃持續約60分鐘，接著加熱至780℃至820℃持續約20分鐘。此熔融溫度範圍比傳統含鉛玻璃粉低得多，將傳統含鉛玻璃粉加熱至約800℃至1200℃，視其組成而定。接著在去離子水中將玻璃驟冷，從而呈現砂樣稠度。接著諸如在球磨機或噴射研磨機中研磨此粗玻璃粉直至得到細粉為止。
ATZ氧化物可與其他氧化物材料作為單一基質形成組成物併入IRS中。其他氧化物材料可包括Pb、Bi、Al、Ga、Si、Ge、Sn、P、Sb、Nb、Ta、V、Ti、Mo或W氧化物。其他氧化物材料可佔IRS之約0 wt.%至40wt.%，更佳佔IRS之約20wt.%至30wt.%。其他氧化物材料可連同ATZ氧化物一起熔融且形成基本上均一之基質形成組成物。
ATZ氧化物可與第二各別基質形成組成物一起併入IRS中。第二各別基質形成組成物可佔總IRS之約5wt.%至95wt.%，較佳佔總IRS之約40wt.%至95wt.%，更佳佔總IRS之約50wt.%至95wt.%。第二基質形成組成物可為玻璃、陶瓷或為熟習此項技術者所知可在高溫下形成基質的任何其他化合物，且可包含結晶、部分結晶或非晶形物質。第二基質形成組成物可包括Pb、Bi、Al、Ga、Si、Ge、Sn、P、Sb、Bi、Nb、Ta、V、Ti、Mo或W氧化物。
在某些實施例中，第二基質形成組成物可包含含鉛玻璃組成物。或者，第二基質形成組成物可「不含有意添加之鉛」。「不含有意添加之鉛」的組成物為完全不含鉛或以玻璃總重量計氧化鉛含量小於0.5wt.%(歸因於附帶雜質)的組成物。
包含鹵化銀的含銀基質組成物
根據此實施例，含銀基質形成組成物可包含鹵化銀。較佳，鹵化銀為溴化銀、碘化銀、氯化銀或氟化銀中之一者，更佳為溴化銀、碘化銀或氯化銀。鹵化銀可與其他氧化物材料一起併入基質形成組成物中，該等其他氧化物材料可包括Pb、Bi、Al、Ga、Si、Ge、Sn、P、Sb、Bi、Nb、Ta、Te、V、Ti、Ag、Zn、Mo或W氧化物。鹵化銀基質形成組成物可包含結晶、部分結晶或非晶形物質。
在一個實施例中，鹵化銀以如下形式併入基質形成組成物中：(AgHA)x-(AgO0.5)y-(MnOr)z(II)
其中HA為鹵素，例如Br、I、Cl或F；M為元素，其可為以下中之至少一者：Pb、Bi、Li、Na、K、Mg、Sr、Ba、Zn、P、B、Si、Ag、Al、Ti、W、V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Nb、Ta、Te、Th、Ge、Mo、La或Ce， n0，且Or與Mn達成電荷平衡。
其中0x、y或z1。通常，x：y為0：100至95：5，更佳為0：100至75：25，且x：z為0：100至95：5，更佳為0：100至80：20。
鹵化銀基質形成組成物亦可視情況包含其他氧化物材料，例如可包括(但不限於)鹼金屬氧化物、鹼土金屬氧化物、稀土金屬氧化物、Pb、Bi、Al、Ga、Si、Ge、Sn、B、P、Sb、Te、Nb、Ta、V、Ti、Mo或W氧化物。
在一特定實施例中，鹵化銀基質形成組成物可使用鹵化銀(例如AgI、AgBr、AgCl或AgF)、氧化銀及其他氧化物作為起始物質來形成。在此特定實例中，鹵化銀基質形成組成物可包含(佔總鹵化銀基質形成組成物之wt.%)約0.5wt.%至95wt.%之鹵化銀、約0.5wt.%至60wt.% Ag2O及約0.5wt.%至95wt.%其他氧化物。鹵化銀基質形成組成物亦可包含其他視情況存在之氧化物材料，可包括(但不限於)鹼金屬氧化物、鹼土金屬氧化物、稀土金屬氧化物、Pb、Bi、Al、Ga、Si、Ge、Sn、B、P、Sb、Te、Nb、Ta、V、Ti、Mo或W氧化物。
鹵化銀基質形成組成物通常佔總IRS之約5wt.%至95wt.%，較佳佔總IRS之約5wt.%至60wt.%，更佳佔總IRS之約5wt.%至50wt.%。
在一個實施例中，HA為碘。
在一個實施例中，M為碲，較佳為氧化碲。
在一較佳實施例中，包含鹵化銀之基質形成組成物為(AgI)x-(AgO0.5)y-(TeO2)z，其中x：y為0：1至4：1，更佳為0：1至2：1，且x：z為0：1至4：1，更佳為0：1至2：1。AgO0.5可佔至多52m.%，AgI可佔至多58m.%，且組合之AgO0.5+AgI可佔至多85m.%。TeO2-AgO0.5-AgI在室溫(約25℃或298K)下之電導率(log σ25，S/cm-1)為約-2至-5，如A.M.Zahra,C.Y.Zahra,M.Ganteaume,S.Rossignol,B.Tanguy,J.J.Videau及J.Portier,New Silver Tellurite Glasses,Journal of Thermal Analysis，第38卷(1992)749-760；及G.El-Damrawi,Silver ion transporting mechanism in superionic conducting AgI-Ag 2 O-TeO 2 glasses,J.Phys.：Condens.Matter 11(1999)6385-6394中所報導，該等文獻以引用方式併入本文中。觀測到TeO2-AgO0.5-AgI玻璃組成物之電導率隨AgI之莫耳百分比增加而增加，在約50m.%至66m.% AgI下達到峰值。
含銀基質形成組成物之另一實例包含氧化鉛及鹵化銀，例如(AgI)x-(AgO0.5)y-(PbO)z-(P2O5)z'，其中x：y為0：1至3：2，更佳為0：1至1：1，且x：z為0：1至10：1，更佳為0：1至1：1。該等玻璃可使用AgNO3、AgI、PbO及NH4H2PO4作為起始物質來製備。AgO0.5可佔至多75m.%，AgI可佔至多43m.%，且組合之AgO0.5+AgI可佔至多83m.%。特定實例Pb2P2O7-Ag4P2O7-AgI在室溫下之電導率(log σ25，S/cm-1)為-4至-9，如N.Dridi,A.Boukhari,J.M.Réau,Glass formation and conductivity in the Pb 2 P 2 O 7 -Ag 4 P 2 O 7 -AgI system,Materials Letters 50 2001.302-307中所報導，該文獻以引用方式併入本文中。
含銀基質形成組成物之另一實例包含氧化硼及鹵化銀，例如(AgI)x-(AgO0.5)y-(B2O3)z及(AgBr)x'-(AgO0.5)y'-(B2O3)z'，其中x：y為0：1至2：1，更佳為0：1至1：1；x'：y'為0：1至3：2，更佳為0：1至1：1；x：z為0：1至86：14，更佳為0：1至5：1；x'：z'為0：1至82：18，更佳為0：1至5：1。AgO0.5可佔至多65m.%，AgI可佔至多55m.%，且組合之AgO0.5+AgI可佔至多92m.%。AgO0.5可佔至多65m.%，AgBr可佔至多45m.%，且組合之AgO0.5+AgBr可佔至多92m.%。(AgI)x-(AgO0.5)y-(B2O3)z及(AgBr)x-(AgO0.5)y-(B2O3)z在室溫下之電導率(σ25)為10-1至1×10-6Ω-1cm-1，如Tsutomu MINAMI,Yujiro IKEDA及Masami TANAKA,INFRARED SPECTRA,GLASS TRANSITION TEMPERATURE,AND CONDUCTIVITY OF SUPERIONIC CONDUCTING GLASSES IN THE SYSTEMS AgX- Ag z O-B 2 O 3 (X=I,Br),Journal of Non-Crystalline Solids 52(1982)159-169中所報導，該文獻以引用方式併入本文中。
含銀基質形成組成物之另一實例包含氧化磷及鹵化銀，例如(AgI)x-(AgO0.5)y-(P2O5)z，其中x：y為1：1至4：1，更佳為1：1至3：1；x：z為1：1至10：1，更佳為1：1至9：1。AgO0.5可佔至多55m.%，AgI可佔至多58m.%，且組合之AgO0.5+AgI可佔至多95m.%。(AgI)x-(AgO0.5)y-(P2O5)z在室溫下之電導率(σ25)為3×10-2至1×10-3Ω-1cm-1，如Tsutomu Minami,Yakuni Takuma及Masami Tanaka,Superionic Conducting Glasses：Glass Formation and Conductivity in the AgI-Ag 2 O-P 2 O 5 System,J.Electrochem.Soc.：ELECTROCHEMICAL SCIENCE AND TECHNOLOGY,1977年11月中所報導，該文獻以引用方式併入本文中。鹵化銀通常佔總IRS之約0wt.%至90wt.%，較佳佔總IRS之約0wt.%至60wt.%，甚至更佳佔IRS之約0wt.%至30wt.%。
含銀玻璃組成物可進一步包含鋅化合物，較佳包含氧化鋅。
鹵化銀基質形成組成物可藉由為熟習此項技術者所知之任何方法來製備。舉例而言，可在V型梳式摻合器中將呈粉末形式之鹵化銀及其他組分混合在一起。接著可將混合物加熱至約580℃至620℃持續約60分鐘，接著加熱至780℃至820℃持續約20分鐘。此熔融溫度範圍比傳統含鉛玻璃粉低得多，將傳統含鉛玻璃粉加熱至約800℃至1200℃，視其組成而定。接著在去離子水中將玻璃驟冷，從而呈現砂樣稠度。接著諸如在球磨機或噴射研磨機中研磨此粗玻璃粉直至得到細粉為止。
鹵化銀可與其他氧化物材料作為單一基質形成組成物併入IRS中。其他氧化物材料可包括Pb、Bi、Al、Ga、Si、Ge、Sn、B、P、Sb、Te、Nb、Ta、V、Ti、Mo或W氧化物。其他氧化物材料可佔IRS之20wt.%至95wt.%，更佳佔40wt.%至95wt.%，且最佳佔50wt.%至 95wt.%。其他氧化物材料可連同鹵化銀一起熔融且形成基本上均一之基質形成組成物。
鹵化銀可與第二各別基質形成組成物一起併入IRS中。第二基質形成組成物可為玻璃、陶瓷或為熟習此項技術者所知可在高溫下形成基質的任何其他化合物，且可包含結晶、部分結晶或非晶形物質。第二基質形成組成物可包括Pb、Bi、Al、Ga、Si、Ge、Sn、B、P、Sb、Te、Nb、Ta、V、Ti、Mo或W氧化物。在此實施例中，第二基質形成組成物可佔IRS之5wt.%至95wt.%，較佳佔30wt.%至95wt.%，且最佳佔40wt.%至95wt.%。
在某些實施例中，第二基質形成組成物可包含含鉛玻璃組成物。或者，第二基質形成組成物可「不含有意添加之鉛」。「不含有意添加之鉛」的組成物為完全不含鉛或以玻璃總重量計氧化鉛含量小於0.5wt.%(歸因於附帶雜質)的組成物。
根據本發明之另一實施例，IRS包含含銀基質形成組成物及含鉛基質形成組成物。含銀基質組成物通常佔總IRS之約0wt.%至95wt.%，較佳佔總IRS之約1wt.%至60wt.%，更佳佔總IRS之約5wt.%至50wt.%。鉛基質形成組成物通常佔總IRS之約5wt.%至95wt.%，較佳佔總IRS之約40wt.%至95wt.%，更佳佔總IRS之約50wt.%至95wt.%。
含鉛基質組成物
含鉛基質組成物包含氧化鉛或其他基於鉛之化合物，包括(但不限於)鹽，如鹵化鉛、鉛硫族化物、碳酸鉛、硫酸鉛、磷酸鉛、硝酸鉛及有機金屬鉛化合物，或可在熱分解期間形成鉛氧化物或鹽的化合物。
在一個實施例中，含鉛基質組成物包含氧化鉛。在某些實施例中，含鉛基質組成物含有約10重量%至約90重量%之氧化鉛，諸如約 25重量%至約85重量%、約5重量%至約45重量%或約10重量%至約15重量%。在一個實施例中，含鉛基質組成物包含約80重量%氧化鉛。
在一個實施例中，含鉛基質組成物為含鉛玻璃粉。在一個實施例中，含鉛玻璃粉為實質上非晶形的。在另一實施例中，含鉛玻璃粉併有結晶相或化合物。在另一實施例中，含鉛基質組成物可為熟習此項技術者所知之結晶或非晶形氧化鉛或化合物之混合物。
含鉛基質組成物可包括為熟習此項技術者所知之其他氧化物或化合物。舉例而言，可使用矽、硼、鋁、鉍、鋰、鈉、鎂、鋅、鈦或鋯氧化物或化合物。其他玻璃基質形成劑或玻璃改質劑，諸如氧化鍺、氧化釩、氧化鎢、鉬氧化物、鈮氧化物、錫氧化物、銦氧化物、其他鹼金屬及鹼土金屬(諸如K、Rb、Cs及Be、Ca、Sr、Ba)化合物、稀土金屬氧化物(諸如La2O3、鈰氧化物)、磷氧化物或金屬磷酸鹽、過渡金屬氧化物(諸如銅氧化物及鉻氧化物)或金屬鹵化物(諸如鉛氟化物及鋅氟化物)亦可為玻璃組成物之一部分。在本發明之一個實施例中，無鉛玻璃粉可包含鉍及其他氧化物，例如在不限制本發明範疇的情況下，包含鉍-硼-鋰氧化物、鉍-矽氧化物、鉍-矽-鋅-硼氧化物或鉍-鋅-硼氧化物。
鉛基質組成物通常可佔導電膏組成物之約0wt.%至10wt.%。
形成無機反應系統
本文所述之基質形成組成物或玻璃粉可藉由熟習此項技術者所知之任何方法，藉由以下方式來製備：混合適量之個別成分之粉末，在空氣中或在含氧氛圍中加熱粉末混合物以形成熔體，使熔體驟冷，研磨及球磨經驟冷之材料且篩選經研磨材料以提供具有所需粒度之粉末。舉例而言，可在V型梳式摻合器中將呈粉末形式之玻璃粉組分混合在一起。接著將混合物加熱(例如至約800℃至1200℃)持續約30分鐘至40分鐘。接著將玻璃驟冷，從而呈現砂樣稠度。接著諸如在球磨 機或噴射研磨機中研磨此粗玻璃粉直至得到細粉為止。通常，可將無機反應系統研磨至0.01-10μm，較佳0.1-5μm之平均粒度。
在某些實施例中，可將一部分組分(諸如添加劑)一起摻合且研磨以形成IRS，而非首先併入玻璃粉中。在其他實施例中，可使IRS組分形成兩種或兩種以上玻璃粉，接著一起摻合且研磨。IRS亦可藉由在未形成玻璃粉的情況下將所有組分一起摻合且研磨來形成。
在另一實例中，可使用習知固態合成來製備本文所述之無機反應系統。在此狀況下，在真空下將原料密封於熔融石英管或鉭或鉑管中，接著加熱至約700℃至1200℃。使該等材料在此高溫下靜置約12小時至48小時，接著將其緩慢冷卻(約0.1℃/分鐘)至室溫。在一些狀況下，可在氧化鋁坩堝中在空氣中進行固態反應。
在另一實例中，可使用共同沈澱來形成無機反應系統。在此方法中，藉由調節pH值或藉由併入還原劑將金屬元素還原且與其他金屬氧化物或氫氧化物自含有金屬陽離子之溶液中共同沈澱。接著乾燥此等金屬、金屬氧化物或氫氧化物之沈澱物且在真空下在約400℃至600℃下燒製形成細粉。
導電膏組成物
本發明係關於一種導電膏組成物。根據本發明之較佳導電膏為可塗覆於表面且在燒製後形成與該表面發生電接觸之固體電極體的膏。膏之組分及其比例可由熟習此項技術者選擇以使該膏具有所需特性。
在一個實施例中，導電膏組成物包含導電金屬組分、無機反應系統(根據上文所述之任何實施例)及有機媒劑。
導電金屬組分
在本發明之情況下較佳之金屬粒子為展現金屬導電性或在燒製時產生展現金屬導電性之物質的金屬粒子。存在於導電膏中之金屬粒 子賦予在燒製時導電膏燒結所形成的固體電極以金屬導電性。促成有效燒結且產生具有高導電性及低接觸電阻的電極之金屬粒子為較佳的。金屬粒子為熟習此項技術者所熟知。所有為熟習此項技術者所知且認為適於本發明之情況之金屬粒子可用作導電膏中之金屬粒子。根據本發明較佳之金屬粒子為金屬、合金、至少兩種金屬之混合物、至少兩種合金之混合物或至少一種金屬與至少一種合金之混合物。
可用作本發明金屬粒子之較佳金屬為Ag、Cu、Al、Zn、Pd、Ni或Pb及其中至少兩者之混合物，較佳為Ag。可用作本發明金屬粒子之較佳合金為含有至少一種選自Ag、Cu、Al、Zn、Ni、W、Pb及Pd之清單之金屬的合金或彼等合金中之兩者或兩者以上之混合物。
在根據本發明之一個實施例中，金屬粒子包含塗有一或多種不同金屬或合金之金屬或合金，例如塗有銀之銅。
在一較佳實施例中，金屬粒子包含Ag。在另一實施例中，金屬粒子包含Ag與Al之混合物。金屬粒子可以元素金屬、一或多種金屬衍生物或其混合物形式存在。適合之銀衍生物包括例如銀合金及/或銀鹽，諸如鹵化銀(例如氯化銀)、硝酸銀、乙酸銀、三氟乙酸銀、正磷酸銀及其組合。
作為金屬粒子之其他組分，除上述組分以外，促成所形成電極之較有利之燒結特性、電接觸、黏著性及電導率的彼等組分根據本發明為較佳的。為熟習此項技術者所知且認為適於本發明之情況之所有其他組分可用於金屬粒子中。代表塗覆導電膏之面的補充摻雜劑的彼等其他組分根據本發明為較佳的。在形成與p型摻雜之Si層形成界面的電極時，能夠充當Si中之p型摻雜劑的添加劑為較佳的。較佳之p型摻雜劑為第13族元素或在燒製時產生該等元素的化合物。根據本發明在此情況下較佳之第13族元素為B及Al。
為熟習此項技術者所熟知的是，金屬粒子可展現多種形狀、表 面、尺寸、表面積與體積比、氧含量及氧化物層。大量形狀為熟習此項技術者所知。一些實例為球形、有角的、拉長的(桿狀或針狀)及平坦的(薄片狀)。金屬粒子亦可以不同形狀之粒子的組合形式存在。具有促成所製得電極之有利之燒結性、電接觸、黏著性及電導率的形狀或形狀組合之金屬粒子根據本發明為較佳的。在不考慮表面性質的情況下對該等形狀進行表徵的一種方式為經由下列參數：長度、寬度及厚度。在本發明之情況下，粒子之長度係由兩個終點皆包含於粒子內的最長空間位移向量之長度給出。粒子之寬度係由兩個終點皆包含於粒子內的垂直於上文所定義之長度向量的最長空間位移向量之長度給出。粒子之厚度係由兩個終點皆包含於粒子內之垂直於皆在上文加以定義之長度向量與寬度向量兩者的最長空間位移向量之長度給出。
在本發明之一個實施例中，形狀儘可能均一之金屬粒子為較佳的(亦即與長度、寬度與厚度有關之比率儘可能靠近1，較佳所有比率處於約0.7至約1.5之範圍內，更佳處於約0.8至約1.3之範圍內且最佳處於約0.9至約1.2之範圍內的形狀)。在此實施例中金屬粒子之較佳形狀之實例為球形及立方形，或其組合，或其中一或多者與其他形狀之組合。在本發明之另一實施例中，如下金屬粒子為較佳的，其形狀之均一性較低，較佳至少一個與長度、寬度及厚度尺寸有關之比率大於約1.5，更佳大於約3且最佳大於約5。根據此實施例之較佳形狀為薄片狀、桿狀或針狀，或薄片狀、桿狀或針狀與其他形狀之組合。
多種表面類型為熟習此項技術者所知。對於本發明金屬粒子之表面類型，促成有效之燒結且使得所製得電極之電接觸及電導率有利的表面類型為有利的。
對金屬粒子之形狀及表面進行表徵的另一方式為藉由其表面積與體積比。粒子之表面積與體積比之最小值係由具有平滑表面之球形來體現。形狀愈不均一及不平坦，其表面積與體積比將愈高。在本發 明之一個實施例中，表面積與體積比較高之金屬粒子為較佳的，表面積與體積比較佳在約1.0×107至約1.0×109m-1範圍內，更佳在約5.0×107至約5.0×108m-1範圍內，且最佳在約1.0×108至約5.0×108m-1範圍內。在本發明之另一實施例中，表面積與體積比較低之金屬粒子為較佳的，表面積與體積比較佳在約6×105至約8.0×106m-1範圍內，更佳在約1.0×106至約6.0×106m-1範圍內，且最佳在約2.0×106至約4.0×106m-1範圍內。
粒子直徑d50及相關值d10及d90為熟習此項技術者所熟知之粒子特徵。根據本發明較佳的是，金屬粒子之平均粒子直徑d50處於約2至約4μm範圍內，更佳處於約2.5至約3.5μm範圍內，且最佳處於約2.8至約3.2μm範圍內。粒子直徑d50之測定為熟習此項技術者所熟知。
在本發明之一個實施例中，金屬粒子具有大於約1.5μm，較佳大於約1.7μm，更佳大於約1.9μm之d10。d10之值不應超過d50之值。
在本發明之一個實施例中，金屬粒子具有小於約6μm，較佳小於約5μm，更佳小於約4.5μm之d90。d90之值不應小於d50之值。
金屬粒子可存在有表面塗層。為熟習此項技術者所知且認為適於本發明之情況之任何該種塗層可用於金屬粒子上。本發明之較佳塗層為促進導電膏之印刷、燒結及腐蝕特徵有所改良的塗層。若該種塗層存在，則根據本發明，該塗層較佳對應於至多約10wt.%，較佳至多約8wt.%，最佳至多約5wt.%，在各狀況下以金屬粒子之總重量計。
在一個實施例中，金屬粒子佔大於約50wt.%(佔膏)，較佳大於約70wt.%，且最佳大於約80wt.%。
有機媒劑
在本發明之情況下較佳之有機媒劑為基於一或多種溶劑，較佳有機溶劑之溶液、乳液或分散液，其確保導電膏之組分以溶解、乳化 或分散形式存在。較佳之有機媒劑為使得導電膏內組分之穩定性最佳且賦予導電膏以允許有效線可印刷性之黏度的有機媒劑。
在一個實施例中，有機媒劑包含有機溶劑及黏合劑(例如聚合物)、界面活性劑或觸變劑中之一或多者或其任何組合。舉例而言，在一個實施例中，有機媒劑在有機溶劑中包含一或多種黏合劑。
在本發明之情況下較佳之黏合劑為有助於形成具有有利之穩定性、可印刷性、黏度、燒結及腐蝕特性之導電膏的黏合劑。黏合劑為熟習此項技術者所熟知。為熟習此項技術者所知且認為適於本發明之情況的所有黏合劑皆可用作有機媒劑中之黏合劑。根據本發明較佳之黏合劑(常屬於稱作「樹脂」之類別)為聚合物黏合劑、單體黏合劑及為聚合物與單體之組合的黏合劑。聚合物黏合劑亦可為在單個分子中含有至少兩個不同單體單元的共聚物。較佳之聚合物黏合劑為在聚合物主鏈中帶有官能基之黏合劑、在主鏈外帶有官能基之黏合劑以及在主鏈內及主鏈外皆帶有官能基之黏合劑。在主鏈中帶有官能基之較佳聚合物為例如聚酯、經取代之聚酯、聚碳酸酯、經取代之聚碳酸酯、在主鏈中帶有環狀基團之聚合物、聚糖、經取代之聚糖、聚胺基甲酸酯、經取代之聚胺基甲酸酯、聚醯胺、經取代之聚醯胺、酚系樹脂、經取代之酚系樹脂、前述聚合物中之一或多者之單體視情況與其他共聚單體形成之共聚物，或其中至少兩者之組合。在主鏈中帶有環狀基團之較佳聚合物為例如聚乙烯醇縮丁醛(PVB)及其衍生物及聚松香醇及其衍生物，或其混合物。較佳之聚糖為例如纖維素及其烷基衍生物，較佳為甲基纖維素、乙基纖維素、羥乙基纖維素、丙基纖維素、羥丙基纖維素、丁基纖維素及其衍生物及其中至少兩者之混合物。在聚合物主鏈外帶有官能基之較佳聚合物為帶有醯胺基之聚合物、帶有酸基及/或酯基之聚合物(常稱為丙烯酸系樹脂)，或帶有上述官能基之組合的聚合物，或其組合。在主鏈外帶有醯胺之較佳聚合物為例如聚 乙烯吡咯啶酮(PVP)及其衍生物。在主鏈外帶有酸基及/或酯基之較佳聚合物為例如聚丙烯酸及其衍生物、聚甲基丙烯酸酯(PMA)及其衍生物，或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)及其衍生物，或其混合物。根據本發明較佳之單體黏合劑為基於乙二醇之單體、萜品醇樹脂或松香衍生物或其混合物。基於乙二醇之較佳單體黏合劑為具有醚基之黏合劑、具有酯基之黏合劑或具有醚基及酯基之黏合劑，較佳之醚基為甲基醚、乙基醚、丙基醚、丁基醚、戊基醚、己基醚及較高碳數烷基醚，較佳酯基為乙酸酯及其烷基衍生物，較佳為乙二醇單丁基醚單乙酸酯或其混合物。烷基纖維素，較佳乙基纖維素、其衍生物及其與前述黏合劑清單中之其他黏合劑或另外之黏合劑的混合物在本發明之情況下為最佳之黏合劑。黏合劑可以佔有機媒劑之約0.1wt.%至10wt.%，較佳約0.1wt.%至8wt.%，更佳約0.5wt.%至7wt.%之量存在。
根據本發明較佳之溶劑為導電膏中在燒製期間可自膏以顯著程度移除的組分，較佳為在燒製後以與燒製前相比減少至少約80%，較佳與燒製前相比減少至少約95%之絕對重量存在的組分。根據本發明較佳之溶劑為允許欲形成之導電膏具有有利之黏度、可印刷性、穩定性及燒結特徵且產生具有有利之電導率及與基板之電接觸之電極的溶劑。溶劑為熟習此項技術者所熟知。為熟習此項技術者所知且認為適於本發明之情況的所有溶劑皆可用作有機媒劑中之溶劑。根據本發明，較佳溶劑為允許達成如上文所述之導電膏之較佳高度可印刷性的溶劑。根據本發明較佳之溶劑為在標準環境溫度及壓力(SATP)(298.15K，25℃，77℉)、100kPa(14.504psi，0.986atm)下以液體形式存在之溶劑，較佳為沸點高於約90℃且熔點高於約-20℃之溶劑。根據本發明較佳之溶劑為極性或非極性、質子或非質子、芳族或非芳族溶劑。根據本發明較佳之溶劑為單醇、二醇、多元醇、單酯、二酯、聚酯、單醚、二醚、聚醚；如下溶劑，該等溶劑包含此等 類別之官能基中之至少一或多者，視情況包含其他類別之官能基，較佳包含環狀基團、芳族基、不飽和鍵、一或多個O原子經雜原子置換的醇基、一或多個O原子經雜原子置換的醚基、一或多個O原子經雜原子置換的酯基；上述溶劑中之兩者或兩者以上之混合物。在此情況下較佳之酯為己二酸之二烷酯，較佳之烷基組分為甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基及較高碳數烷基或兩個不同該等烷基之組合，較佳為己二酸二甲酯，及兩種或兩種以上己二酸酯之混合物。在此情況下較佳之醚為二醚，較佳為乙二醇之二烷基醚，較佳之烷基組分為甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基及較高碳數烷基或兩個不同該等烷基之組合，及兩種二醚之混合物。在此情況下較佳之醇為一級醇、二級醇及三級醇，較佳為三級醇，萜品醇及其衍生物為較佳的，或兩種或兩種以上醇之混合物。組合一個以上不同官能基之較佳溶劑為2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇單異丁酸酯(常稱為醇酯十二)及其衍生物、2-(2-乙氧基乙氧基)乙醇(常稱作卡必醇)、其烷基衍生物，較佳甲基卡必醇、乙基卡必醇、丙基卡必醇、丁基卡必醇、戊基卡必醇及己基卡必醇，較佳己基卡必醇或丁基卡必醇，及其乙酸酯衍生物，較佳為丁基卡必醇乙酸酯，或上述至少兩者之混合物。有機溶劑可以佔有機媒劑之約40wt.%至90wt.%，更佳佔有機媒劑之約35wt.%至85wt.%之量存在。
有機媒劑亦可包含界面活性劑及/或添加劑。在本發明之情況下較佳之界面活性劑為有助於形成具有有利之穩定性、可印刷性、黏度、燒結及腐蝕特性之導電膏的界面活性劑。界面活性劑為熟習此項技術者所熟知。為熟習此項技術者所知且認為適於本發明之情況的所有界面活性劑皆可用作有機媒劑中之界面活性劑。在本發明之情況下較佳之界面活性劑為基於直鏈、分支鏈、芳族鏈、氟化鏈、矽氧烷鏈、聚醚鏈及其組合的界面活性劑。較佳之界面活性劑為單鏈、雙鏈 或多鏈界面活性劑。根據本發明較佳之界面活性劑可具有非離子、陰離子、陽離子、兩親媒性或兩性離子頭端。較佳之界面活性劑為聚合物界面活性劑及單體界面活性劑或其混合物。根據本發明較佳之界面活性劑可具有顏料親和基團，較佳為具有顏料親和基團之羥基官能羧酸酯(例如DISPERBYK®-108，由BYK USA,Inc.製造)、具有顏料親和基團之丙烯酸酯共聚物(例如DISPERBYK®-116，由BYK USA,Inc.製造)、具有顏料親和基團之經改質聚醚(例如TEGO® DISPERS 655，由Evonik Tego Chemie GmbH製造)、具有高顏料親和力基團之其他界面活性劑(例如TEGO® DISPERS 662 C，由Evonik Tego Chemie GmbH製造)。不在上述清單內之根據本發明之其他較佳之聚合物為聚乙二醇及其衍生物，及烷基羧酸及其衍生物或鹽，或其混合物。根據本發明較佳之聚乙二醇衍生物為聚(乙二醇)乙酸。較佳之烷基羧酸為具有完全飽和烷基鏈之羧酸及具有單不飽和烷基鏈或多不飽和烷基鏈之羧酸或其混合物。具有飽和烷基鏈之較佳羧酸為烷基鏈長度在約8至約20個碳原子範圍內之羧酸，較佳為C9H19COOH(癸酸)、C11H23COOH(月桂酸)、C13H27COOH(肉豆蔻酸)、C15H31COOH(棕櫚酸)、C17H35COOH(硬脂酸)或其混合物。具有不飽和烷基鏈之較佳羧酸為C18H34O2(油酸)及C18H32O2(亞麻油酸)。根據本發明較佳之單體界面活性劑為苯并三唑及其衍生物。界面活性劑可以佔有機媒劑之約0重量%至10重量%，較佳約0wt.%至8wt.%且更佳約0.01wt.%至6wt.%之量存在。
有機媒劑中之較佳添加劑為不同於上述媒劑組分且促成導電膏之有利特性，諸如有利之黏度、燒結性、所製得電極之電導率及與基板之良好電接觸的添加劑。為熟習此項技術者所知且認為適於本發明之情況之所有添加劑可用作有機媒劑中之添加劑。根據本發明較佳之添加劑為觸變劑、黏度調節劑、穩定劑、無機添加劑、增稠劑、乳化 劑、分散劑或pH值調節劑。在此情況下較佳之觸變劑為羧酸衍生物，較佳為脂肪酸衍生物或其組合。較佳之脂肪酸衍生物為C9H19COOH(癸酸)、C11H23COOH(月桂酸)、C13H27COOH(肉豆蔻酸)、C15H31COOH(棕櫚酸)、C17H35COOH(硬脂酸)、C18H34O2(油酸)、C18H32O2(亞麻油酸)或其組合。在此情況下包含脂肪酸之較佳組合為蓖麻油。為了有助於導電膏之可印刷性，根據本發明較佳的是，導電膏之黏度處於約10Pa．s至約30Pa．s範圍內，較佳處於約12Pa．s至約25Pa．s範圍內且最佳處於約15Pa．s至約22Pa．s範圍內。
在一個實施例中，有機媒劑以佔膏約5重量%至40重量%，更佳約5wt.%至30wt.%，且最佳約5wt.%至15wt.%之量存在。
添加劑
在本發明之情況下較佳之添加劑為除明確提及之其他組分之外亦添加至導電膏中且有助於使得導電膏、由其製得之電極或所得太陽能電池之效能有所提高的組分。為熟習此項技術者所知且認為適於本發明之情況之所有添加劑可用作導電膏中之添加劑。除存在於IRS及媒劑中之添加劑之外，添加劑亦可存在於導電膏中。根據本發明較佳之添加劑為觸變劑、黏度調節劑、乳化劑、穩定劑或pH值調節劑、無機添加劑、增稠劑及分散劑，或其中至少兩者之組合，而無機添加劑為最佳的。在此情況下根據本發明較佳之無機添加劑為Mg、Ni、Te、W、Zn、Mg、Gd、Ce、Zr、Ti、Mn、Sn、Ru、Co、Fe、Cu及Cr或其中至少兩者之組合，較佳為Zn、Sb、Mn、Ni、W、Te及Ru，或其中至少兩者之組合、其氧化物、可在燒製時產生彼等金屬氧化物之化合物，或上述金屬中之至少兩者之混合物、上述氧化物中之至少兩者之混合物、上述可在燒製時產生彼等金屬氧化物之化合物中之至少兩者的混合物，或上述任何兩者或兩者以上之混合物。
形成導電膏組成物
為了形成導電膏組成物，可使用此項技術中已知用於製備膏組成物之任何方法將無機反應系統材料與導電金屬組分(例如銀)及有機媒劑組合。製備方法並非關鍵，只要其可產生均質分散之膏即可。可諸如用混合器混合組分，接著使其通過三輥研磨機，例如以製成分散之均一膏。除同時混合所有組分之外，亦可在球磨機中將無機反應系統材料與導電金屬組分一起共同研磨2至24小時以達成無機反應系統與導電金屬組分粒子之均質混合物，接著可在混合器中將其與有機媒劑組合。
太陽能電池
在另一態樣中，本發明係關於一種太陽能電池。在一個實施例中，該太陽能電池包含半導體基板(例如矽晶圓)及根據本文所述之任何實施例之導電膏組成物。
在另一態樣中，本發明係關於一種太陽能電池，其係藉由包含以下之方法來製備：將根據本文所述之任何實施例之導電膏組成物塗覆至半導體基板(諸如矽晶圓)上及對半導體基板進行燒製。
矽晶圓
根據本發明較佳之晶圓為太陽能電池之區域中尤其能夠以高效率吸收光以產生電子電洞對且以高效率跨越邊界，較佳跨越所謂之p-n接面邊界分離電洞與電子的區域。根據本發明較佳之晶圓為包含由前摻雜層及背摻雜層構成之單個主體的晶圓。
彼晶圓較佳由經適當摻雜之四價元素、二元化合物、三元化合物或合金組成。在此情況下較佳之四價元素為Si、Ge或Sn，較佳為Si。較佳之二元化合物為兩種或兩種以上四價元素之組合、第III族元素與第V族元素之二元化合物、第II族元素與第VI族元素之二元化合物或第IV族元素與第VI族元素之二元化合物。較佳之四價元素組合為選自Si、Ge、Sn或C之兩種或兩種以上元素之組合，較佳為SiC。較 佳之第III族元素與第V族元素之二元化合物為GaAs。根據本發明，晶圓最佳基於Si。Si，作為用於晶圓之最佳材料，在本申請案之其餘部分中明確提及。下文中明確地提及Si的部分亦適用於上文所述之其他晶圓組成物。
晶圓之前摻雜層與背摻雜層相接之處為p-n接面邊界。在n型太陽能電池中，背摻雜層經推電子n型摻雜劑摻雜且前摻雜層經受電子或推電洞p型摻雜劑摻雜。在p型太陽能電池中，背摻雜層經p型摻雜劑摻雜且前摻雜層經n型摻雜劑摻雜。根據本發明較佳藉由首先提供摻雜之Si基板，接著將相反類型之摻雜層塗覆至彼基板之一面上來製備具有p-n接面邊界之晶圓。
摻雜之Si基板為熟習此項技術者所熟知。摻雜之Si基板可以為熟習此項技術者所知且認為適於本發明情況之任何方式製備。根據本發明較佳之Si基板來源為單晶Si、多晶Si、非晶形Si及升級冶金Si，單晶Si或多晶Si為最佳的。進行摻雜以形成摻雜之Si基板可藉由在製備Si基板期間添加摻雜劑來同時進行或可在後續步驟中進行。製備Si基板之後的摻雜可例如藉由氣體擴散磊晶法進行。摻雜之Si基板亦容易購得。根據本發明，對Si基板進行初始摻雜的一種可選方案可藉由將摻雜劑添加至Si混合物中而與形成Si基板同時進行。根據本發明，塗覆可能存在之前摻雜層及高度摻雜之背層的一種可選方案係藉由氣相磊晶法進行。此氣相磊晶法較佳在約500℃至約900℃範圍內，更佳在約600℃至約800℃範圍內且最佳在約650℃至約750℃範圍內之溫度下，在約2kPa至約100kPa範圍內，較佳在約10至約80kPa範圍內，最佳在約30至約70kPa範圍內之壓力下進行。
為熟習此項技術者所知的是，Si基板可展現多種形狀、表面紋理及尺寸。形狀可為多種不同形狀中之一者，尤其包括立方形、圓盤形、晶圓形及不規則多面體。根據本發明較佳之形狀為晶圓形，其中 彼晶圓為兩個尺寸相似，較佳相等且第三個尺寸顯著小於其他兩個尺寸的立方形。在此情況下顯著較小較佳為至少小至約1/100。
多種表面類型為熟習此項技術者所知。根據本發明，具有粗糙表面之Si基板為較佳的。評定基板之粗糙度之一種方式為針對相較於基板之總表面積較小，較佳小於總表面積之約1/100且基本上為平面的基板次表面來評估表面粗糙度參數。表面粗糙度參數之值係由次表面之面積與藉由使彼次表面投影於藉由最小化均方位移而與該次表面最佳配合的平面上所形成的理論表面之面積的比率來給出。較高之表面粗糙度參數值指示較粗糙且較不規則表面，而較低之表面粗糙度參數值指示較平滑且較平坦之表面。根據本發明，Si基板之表面粗糙度較佳經調節以使多種因素之間達成最佳平衡，該等因素包括(但不限於)光吸收及指狀物與表面之黏著性。
Si基板之兩個較大尺寸可經改變以適合於需要所得太陽能電池之應用。根據本發明，Si晶圓之厚度較佳低於約0.5mm，更佳低於約0.3mm且最佳低於約0.2mm。一些晶圓具有0.01mm或0.01mm以上之最小尺寸。
根據本發明，前摻雜層較佳相較於背摻雜層較薄。根據本發明，前摻雜層較佳具有處於約0.1μm至約10μm範圍內，較佳處於約0.1μm至約5μm範圍內且最佳處於約0.1μm至約2μm範圍內之厚度。
可將高度摻雜層塗覆於Si基板之背面介於背摻雜層與任何其他層之間。該高度摻雜層與背摻雜層具有相同之摻雜類型且該層通常以a+表示(將n+型層塗覆於n型背摻雜層上且將p+型層塗覆於p型背摻雜層上)。此高度摻雜背層用以協助金屬化且改良基板/電極界面區域處之導電特性。根據本發明，可能存在之高度摻雜背層較佳具有約1μm至約100μm範圍內，較佳約1μm至約50μm範圍內且最佳約1μm至約15μm範圍內之厚度。
摻雜劑
較佳之摻雜劑為在添加至Si晶圓中時藉由將電子或電洞引入帶狀結構中形成p-n接面邊界之摻雜劑。根據本發明較佳的是，此等摻雜劑之身分及濃度經特定選擇以調諧p-n接面之帶狀結構型態且根據需要設置光吸收及電導率型態。根據本發明較佳之p型摻雜劑為將電洞添加至Si晶圓帶狀結構中之摻雜劑。其為熟習此項技術者所熟知。為熟習此項技術者所知且認為適於本發明之情況的所有摻雜劑可用作p型摻雜劑。根據本發明較佳之p型摻雜劑為三價元素，尤其為週期表第13族之三價元素。在此情況下較佳之週期表第13族元素包括(但不限於)B、Al、Ga、In、Tl或其中至少兩者之組合，其中B為尤其較佳的。
根據本發明較佳之n型摻雜劑為將電子添加至Si晶圓帶狀結構中之摻雜劑。其為熟習此項技術者所熟知。為熟習此項技術者所知且認為適於本發明之情況的所有摻雜劑可用作n型摻雜劑。根據本發明較佳之n型摻雜劑為週期表第15族之元素。在此情況下較佳之週期表第15族元素包括N、P、As、Sb、Bi或其中至少兩者之組合，其中P為尤其較佳的。
如上文所述，p-n接面之各種摻雜度可經改變以調諧所得太陽能電池之所需特性。
在某些實施例中，半導體基板(亦即矽晶圓)展現高於約60Ω/□，諸如高於約65Ω/□、高於約70Ω/□、高於約90Ω/□或高於約95Ω/□之薄層電阻。
太陽能電池
可藉由本發明方法獲得的太陽能電池有助於達成上述至少一個目的。根據本發明較佳之太陽能電池為依據轉化為電能輸出之入射光總能量比例具有較高效率且輕質並耐用的太陽能電池。
本發明太陽能電池之共同組態(不包括僅用於化學及機械保護的層)係如圖2中所描繪。如圖2中所描繪，太陽能電池200包含背電極104、背鈍化層208、高度摻雜背層210、背摻雜層106、p-n接面邊界102、前摻雜層105、前鈍化層207、抗反射層209、前電極指狀物214及前電極匯流排215，其中前電極指狀物穿過抗反射層209及前鈍化層207至前摻雜層105中，足夠遠以與前摻雜層105形成電接觸，但不夠遠以避開p-n接面邊界102。此共同層組態中可省略掉個別層，或個別層可實際上發揮上文所概述之共同實施例中所述之一個以上層的功能。在本發明之一個實施例中，單一層同時充當抗反射層及鈍化層。
最少所需之層組態在圖1中給出。太陽能電池100最少包含背電極104、背摻雜層106、p-n接面邊界102、前摻雜層105及前電極103，其中前電極穿入前摻雜層105中以足以與其形成電接觸。背摻雜層106及前摻雜層105一起構成單個摻雜Si晶圓101。在太陽能電池100代表p型電池的狀況下，背電極104較佳為混合之銀及鋁電極，背摻雜層106較佳為輕微摻雜有硼之Si，前摻雜層105較佳為重度摻雜有磷之Si，且前電極103較佳為銀電極。前電極103在圖1中表示為由三個主體組成，此僅用以示意性地說明前電極103並未覆蓋整個前面。本發明不將前電極103限於由三個主體組成之前電極。
抗反射層
根據本發明，在將電極塗覆於太陽能電池前面之前可塗覆抗反射層作為外層。根據本發明較佳之抗反射層為減少由前面反射之入射光的比例且增加穿過前面由晶圓所吸收的入射光之比例的抗反射層。產生有利之吸收/反射比率，易受所用導電膏腐蝕，但另外對導電膏之燒製所需之溫度具抗性，且不促使電極界面附近電子與電洞再結合增加的抗反射層為有利的。可使用為熟習此項技術者所知且認為適於本發明之情況的所有抗反射層。根據本發明較佳之抗反射層為SiNx、 SiO2、Al2O3、TiO2或其中至少兩者之混合物及/或其中至少兩層之組合，其中SiNx為尤其較佳的，尤其在使用Si晶圓的情況下。
抗反射層之厚度適於適當光之波長。根據本發明，抗反射層較佳具有約20至約300nm範圍內，更佳約40至約200nm範圍內且最佳約60至約90nm範圍內之厚度。
鈍化層
根據本發明，在塗覆電極之前或在塗覆可能存在之抗反射層之前可將一或多個鈍化層塗覆於矽晶圓之前側及/或背側作為外層。較佳之鈍化層為降低電極界面附近電子/電洞再結合速率的鈍化層。可使用為熟習此項技術者所知且認為適於本發明情況的任何鈍化層。根據本發明較佳之鈍化層為氮化矽、二氧化矽及二氧化鈦，氮化矽為最佳的。根據本發明，鈍化層較佳具有約0.1nm至約2μm範圍內，較佳約10nm至約1μm範圍內且最佳約30nm至約200nm範圍內之厚度。
其他保護層
除上文所述之直接促成太陽能電池之主要功能之層外，亦可添加其他層以用於機械及化學保護。
可將電池囊封以提供化學保護。囊封為熟習此項技術者所熟知且可使用為熟習此項技術者所知且認為適於本發明情況之任何囊封。根據本發明，若存在該囊封，則常稱為透明熱塑性樹脂之透明聚合物較佳作為囊封材料。在此情況下較佳之透明聚合物為例如矽橡膠及聚乙烯乙酸乙烯酯(PVA)。
可將透明玻璃薄片添加至太陽能電池之前面以對電池之前面提供機械保護。透明玻璃薄片為熟習此項技術者所熟知且為熟習此項技術者所知且認為適於本發明情況之任何透明玻璃薄片可用作太陽能電池前面上之保護。
可將背面保護材料添加至太陽能電池之背面以提供機械保護。 背面保護材料為熟習此項技術者所熟知且為熟習此項技術者所知且認為適於本發明情況之任何背面保護材料可用作太陽能電池背面上之保護。根據本發明較佳之背面保護材料為具有良好機械特性及耐候性的材料。根據本發明較佳之背面保護材料為具有聚氟乙烯層之聚對苯二甲酸伸乙酯。根據本發明，背面保護材料較佳存在於囊封層下面(若存在背面保護層及囊封兩者)。
可將框架材料添加至太陽能電池外部以提供機械支撐。框架材料為熟習此項技術者所熟知且為熟習此項技術者所知且認為適於本發明情況之任何框架材料可用作框架材料。根據本發明較佳之框架材料為鋁。
製備太陽能電池之方法
在一個實施例中，太陽能電池可藉由以下來製備：將導電膏組成物塗覆至半導體基板(諸如矽晶圓)上之抗反射塗層(ARC)(諸如氮化矽、氧化矽、氧化鈦或氧化鋁)上(例如藉由網版印刷方法)，接著對半導體基板進行燒製以在基板上形成電極。
在一個實施例中，將導電膏塗覆於半導體基板(例如矽晶圓)之光接收表面上。然而，上述舉措並不妨礙將無機反應系統併入於意欲用於矽晶圓背側之導電膏組成物中。可以為熟習此項技術者所知且認為適於本發明情況之任何方式塗覆導電膏，該方式包括(但不限於)浸漬、浸塗、澆注、上滴、注射、噴塗、刮刀塗佈、簾式塗佈、刷塗或印刷或其中至少兩者之組合，其中較佳之印刷技術為噴墨印刷、網版印刷、移動印刷、平版印刷、凸版印刷或模版印刷或其中至少兩者之組合。根據本發明較佳藉由印刷，較佳藉由網版印刷塗覆導電膏。根據本發明較佳的是，網幕具有直徑在約20μm至約100μm範圍內，更佳在約30μm至約80μm範圍內，且最佳在約40μm至約70μm範圍內之網孔。
根據本發明較佳藉由首先塗覆導電膏接著對該導電膏進行燒製以產生固體電極體來形成電極。燒製為熟習此項技術者所熟知且可以任何已知且認為適於本發明情況之方式達成。在本發明情況下較佳在高於IRS材料之玻璃轉移溫度下進行燒製。
根據本發明，設定用於燒製之最高溫度低於約900℃，較佳低於約860℃。已使用低至約820℃之燒製溫度來獲得太陽能電池。燒製溫度型態通常經設定以使得導電膏組成物中之有機黏合劑材料以及存在之任何其他有機材料能夠燃盡。燒製步驟通常在帶式鍋爐中在空氣中或在含氧氛圍中進行。根據本發明，較佳以快速燒製製程進行燒製，其中總燒製時間在約30秒至約3分鐘範圍內，更佳在約30秒至約2分鐘範圍內且最佳在約40秒至約1分鐘範圍內。在高於600℃下之時間最佳在約3秒至7秒範圍內。基板可達到約700℃至900℃範圍內之峰值溫度持續約1秒至5秒之時間。亦可在高輸送速率，例如約100-500公分/分鐘下進行燒製，其中所產生之滯留時間為約0.05至5分鐘。可使用多個溫度區，例如3至11個區來控制所需熱型態。
可同時或依序對前面及背面上之導電膏進行燒製。若塗覆於兩面上之導電膏具有相似，較佳相同之最佳燒製條件，則同時燒製為適當的。在適當的情況下，根據本發明，較佳同時進行燒製。在依序進行燒製的情況下，根據本發明較佳首先塗覆且燒製背面導電膏，繼而將導電膏塗覆於前面上且進行燒製。
圖3A、3B及3C一起說明對前側膏進行燒製以產生前側電極的製程。圖3A、3B及3C為示意性及普遍的，且除構成p-n接面之層以外的其他層僅視作視情況存在之其他層而未加以更詳細考慮。
圖3A說明在塗覆前電極之前的晶圓300a。自背面開始且繼續朝向前面，在塗覆前電極之前的晶圓300a視情況包含背面311上之其他層、背摻雜層106、p-n接面邊界102、前摻雜層105及前面312上之其 他層。背面311上之其他層可包含背電極、背鈍化層、高度摻雜背層中之任一者或不包含上述者。前面312上之其他層可包含前鈍化層、抗反射層中之任一者或不包含上述者。
圖3B展示在燒製之前前面上塗覆有導電膏之晶圓300b。除上文所述之存在於300a中之層之外，導電膏313存在於前面之表面上。
圖3C展示塗覆有前電極的晶圓300c。除上文所述之存在於300a中之層之外，存在前側電極103，其自前面之表面穿過其他前層312且進入前摻雜層105中且藉由燒製由圖3B之導電膏313形成。
在圖3B及3C中，所塗覆之導電膏313及前電極103示意性地展示為以三個主體形式存在。此僅為一種示意性方式表示前面未由膏/電極完全覆蓋且本發明不將膏/電極限於以三個主體形式存在。
太陽能電池模組
一種模組有助於達成至少一個上述目的，該模組包含至少一個如上文所述，尤其根據至少一個上述實施例獲得之太陽能電池。多個本發明太陽能電池可在空間上排列且電連接以形成稱為模組之集合配置。根據本發明較佳之模組可採取多種形式，較佳採取稱作太陽電池板的矩形表面。使太陽能電池電連接的多種方式以及以機械方式排列且固定該等電池以形成集合配置的多種方式為熟習此項技術者所熟知。可使用為熟習此項技術者所知且認為適於本發明情況之任何該等方法。根據本發明較佳之方法為產生低質量與功率輸出比率、低體積與功率輸出比率以及高耐久性的方法。鋁為用於機械固定本發明太陽能電池的較佳材料。
實例1
如表2中所示，製備三種例示性導電膏(膏A-C)。用包含(佔膏之wt.%)約2.5wt.%之含鉛玻璃組成物(具有約80wt.% PbO之玻璃)及約1wt.%之氧化碲組成物的IRS製備膏A及B。特定而言，例示性膏A包含 TeO2-B2O3(具有93% TeO2、7% B2O3)，且例示性膏B包含非晶形TeO2。
用包含佔膏約2.5wt.%之相同含鉛玻璃組成物及約1wt.% ATZ氧化物玻璃(第一基質形成組成物)的IRS製備膏C。特定而言，例示性膏C包含Ag2O-TeO2-ZnO(具有2.5% Ag2O、80% TeO2、15% ZnO及約2.5% Na2O(作為添加劑))。
將佔膏約85wt.%之量的銀粒子及佔膏約11wt.%至12wt.%之量的有機媒劑添加至膏A-C中之每一者中。使用薄層電阻為80Ω/□之輕微摻雜之p型多晶矽晶圓(「晶圓1」)製備例示性太陽能電池。
以150mm/s之速度，使用325(篩目)×0.9(密耳，導線直徑)×0.6(密耳，乳液厚度)×70μm(指狀物線開口)壓光網幕將膏網版印刷於矽晶圓之前側上。亦將鋁背側膏塗覆於矽晶圓之背側。在150℃下乾燥印刷之晶圓接著在線性多區紅外線鍋爐中在峰值溫度為約750℃至900℃之型態下燒製幾秒。
接著使用市售之I-V測試儀(來自Halm Elektronik GmbH之cetisPV-CTL1)測試所有太陽能電池。在電學量測期間將量測設備之所有部分以及待測試之太陽能電池維持在25℃下。在實際量測期間始終同時在電池表面上由溫度探針量測此溫度。Xe弧光燈在電池表面上模擬具有1000W/m2之已知AM1.5強度的陽光。為了使模擬器達到此強度， 在較短時段內使燈閃光若干次直至其達到由IV測試儀之「PVCTControl 4.313.0」軟體監測之穩定水準為止。Halm IV測試儀使用多點接觸法來量測電流(I)及電壓(V)以確定電池之IV曲線。為此，將太陽能電池置放於多點接觸探針之間，其方式為使得探針指狀物與電池之匯流排接觸。接觸探針線之數目係調整為電池表面上匯流排之數目。直接自此曲線由所實作之套裝軟體自動地確定所有電學值。量測以完全相同之方式加工之至少五個晶圓且藉由計算各值之平均值來判讀數據。軟體PVCTControl 4.313.0提供效率(Eta，%)、填充因數(FF，%)以及在三種標準光強下之串聯電阻(Rs3，mΩ)之值。
一般而言，Rs3愈小，銀膏之接觸性能愈佳，且效率及填充因數愈高。例示性膏A-C之所選電學效能數據彙編於表3及4中。膏A及膏B(不含ATZ氧化物之膏)之數據校正為1。膏C之有關數據係藉由將適當量測結果除以經校正之參照電池數據來計算。
自表3及4中呈現之數據顯而易見的是，膏C(唯一包含ATZ氧化物玻璃之膏)會降低串聯電阻，如由相較於不包含ATZ氧化物之膏Rs3量測結果顯著降低所示。膏C亦展現出增加之太陽能電池效率及填充因數增益。
亦將相同之膏A-C印刷於輕微摻雜之p型多晶矽晶圓上，該等矽 晶圓具有較高薄層電阻，即90Ω/□及120Ω/□(分別為「晶圓2」及「晶圓3」)。根據實例1中所闡述之參數量測膏A-C在此等晶圓上之電學效能。來自此等測試之電學數據闡述於下表5至8中。可以看到，在晶圓2及晶圓3上ATZ氧化物膏(膏C)之效能優於非ATZ氧化物膏(膏A及B)。
實例2
製備三種例示性導電膏(膏D-F)。膏D及E分別與膏A及B(實例1)相同，例外為膏D及E包含不同之有機媒劑調配物。膏F包含與膏C相同之無機組成物。使用薄層電阻為82Ω/□之輕微摻雜之p型多晶矽晶圓(「晶圓4」)製備例示性太陽能電池。
根據實例1中闡述之參數將膏網版印刷、乾燥及燒製。接著根據與實例1中所述相同的方法測試所有太陽能電池。例示性膏D-F之所選電學效能數據彙編於表9-10中。膏D及E(不含ATZ氧化物之膏)之數據校正為1。膏F之有關數據係藉由將適當量測結果除以經校正之參照電池數據來計算。
自表9-10中呈現之數據顯而易見的是，膏F(唯一包含ATZ氧化物玻璃之膏)會降低串聯電阻，如由相較於不包含ATZ氧化物之膏Rs3量測結果降低所示。膏F亦展現出增加之太陽能電池效率及填充因數增益。
亦將相同之膏D-F印刷於具有70Ω/□之較低薄層電阻的輕微摻雜之p型多晶矽晶圓(「晶圓5」)上。根據實例1中所闡述之參數量測此等膏在此等晶圓上之電學效能。來自此等測試之電學數據闡述於下表11至12中。可以看到，在此類型晶圓上ATZ氧化物膏(膏F)之效能同樣優於非ATZ氧化物膏(膏D及E)。
實例3
如表13中所示，製備例示性導電膏(膏G)。用包含佔膏(佔膏之wt.%)約2.5wt.%之含鉛玻璃組成物(具有約80wt.% PbO之玻璃)及約1.2wt.%之ATZ氧化物玻璃組成物的IRS製備膏G。膏C與膏G之間的唯一差異在於總膏組成物中ATZ氧化物之量。
將佔膏約85wt.%之量的銀粒子及佔膏略微高於11wt.%之量的有機媒劑添加至膏G中。使用晶圓2及薄層電阻為75Ω/□之輕微摻雜之p型多晶矽晶圓(「晶圓6」)製備例示性太陽能電池。
根據實例1中闡述之參數將膏網版印刷、乾燥及燒製。接著根據與實例1中所述相同的方法測試所有太陽能電池。在表14中，將在晶圓2上膏G之電學效能與膏A(實例1，無ATZ氧化物)之電學效能相比較。在表15中，將在晶圓6上膏G之電學效能與膏E(實例2，無ATZ氧化物)之電學效能相比較。膏A及E(不含ATZ氧化物之膏)之數據校正為1。膏G之有關數據係藉由將適當量測結果除以經校正之參照電池數據來計算。
自表14及15中呈現之數據顯而易見的是，膏G展現出降低之串聯電阻，如由與膏A及E相比Rs3量測結果降低所示。相較於膏A及E，膏G亦展現出增加之太陽能電池效率及填充因數增益。
實例4
如表16中所示，製備兩種例示性導電膏(膏C2及C3)。用包含佔膏(佔膏之wt.%)約2.5wt.%之含鉛玻璃組成物(具有約80wt.% PbO之玻璃)及約1wt.%之ATZ氧化物玻璃組成物的IRS製備膏C2及C3。膏C2及C3與膏C(實例1)的不同之處在於其係用具有不同量之個別組分之ATZ氧化物玻璃組成物製備。特定而言，膏C2包含具有約3.6% Ag2O、約14.4% ZnO、約80% TeO2及約2% Na2O(作為添加劑)的ATZ氧化物組成物。膏C3包含具有約7% Ag2O、約14% ZnO及約79% TeO2之ATZ氧化物組成物。
將佔膏約85wt.%之量的銀粒子及佔膏約11.5wt.%之量的有機媒劑添加至膏C2及C3中。使用薄層電阻為65Ω/□之輕微摻雜之p型多晶矽晶圓(「晶圓7」)製備例示性太陽能電池。
根據實例1中闡述之參數將膏網版印刷、乾燥及燒製。接著根據與實例1中所述相同的方法測試所有太陽能電池。在表17中，將在晶圓7上膏C2及膏C3之電學效能與膏C(實例1，不同ATZ氧化物組分)之電學效能相比較。膏C2及C3之有關數據係藉由將適當量測結果除以經校正之參照電池數據來計算。
自表17中呈現之數據顯而易見的是，膏C2及C3(相較於膏C具有較大量之Ag2O)相較於膏C展現出類似之效率及填充因數，而兩者皆展現出降低之串聯電阻。
實例5
如表18中所示，製備四種例示性導電膏(膏H-K)。用包含(佔IRS之wt.%)約64.2wt.%之含鉛玻璃組成物(具有約80wt.% PbO之玻璃)及約35.8wt.%之氧化碲組成物的IRS製備膏H。將此兩種組分單獨地併入IRS中。特定而言，例示性膏H包含比率為約58：42之TeO2-Ag2O。IRS佔膏H之約2.5wt.%至4wt.%。
用包含不同量之相同含鉛玻璃組成物、不同量之相同氧化碲組成物及不同量之鹵化銀的IRS製備例示性膏I-K。特定而言，例示性膏 I-K包含碘化銀。將碘化銀併入氧化碲組成物內。膏I-K各自之IRS佔約2.5wt.%至4wt.%(佔膏)。
將佔膏約85wt.%之量的銀粒子及佔膏約11wt.%至12.5wt.%之量的有機媒劑添加至膏H-K中之每一者中。使用晶圓3製備例示性太陽能電池。
根據實例1中闡述之參數將膏網版印刷、乾燥及燒製。接著根據與實例1中所述相同的方法測試所有太陽能電池。在表19中，將在晶圓3上膏I-K之電學效能與膏H(無AgI)之電學效能相比較。膏H之數據校正為1，且膏I-K之有關數據係藉由將適當量測結果除以經校正之參照電池數據來計算。
自表19中呈現之數據顯而易見的是，膏I-K(具有AgI)展現出降低之串聯電阻，如由與膏H相比Rs3量測結果顯著降低所示。相較於膏H，膏I-K亦展現出增加之太陽能電池效率及填充因數增益。
實例6
如表20中所示，製備四種例示性導電膏(膏L-O)。用包含不同量之與實例4中所用相同之含鉛玻璃組成物及氧化碲組成物以及不同量之鹵化銀的IRS製備例示性膏L-O。特定而言，例示性膏L-O包含碘化 銀。將含鉛玻璃組成物與氧化碲及鹵化銀組分分別併入IRS中。進行實例5以確定相較於實例4中所用使用較少碘化銀及較高量之含鉛玻璃組成物的作用。膏L-O各自之IRS佔約2.5wt.%至4wt.%(佔膏)。
將佔膏約85wt.%之量的銀粒子及佔膏約11 wt.%至12.5wt.%之量的有機媒劑添加至膏L-O中之每一者中。在晶圓3上製備例示性太陽能電池。
根據實例1中闡述之參數將膏網版印刷、乾燥及燒製。接著根據與實例1中所述相同的方法測試所有太陽能電池。在表21中，將在120Ω/□矽晶圓上膏L-O之電學效能與膏I(實例4，具有約11.5wt.%之AgI)之電學效能相比較。膏I之數據校正為1，且膏L-O之有關數據係藉由將適當量測結果除以經校正之參照電池數據來計算。
自表21中呈現之數據顯而易見的是，AgI含量僅略微低於膏I之AgI含量的膏L表現最佳。膏L展現出降低之串聯電阻，如由與膏I相比Rs3量測結果顯著降低所示。AgI之量比膏I低得多的膏O亦表現良好。
實例7
如表22中所示，製備四種例示性導電膏(膏P-T)。用包含不同量 之與實例4中所用相同的含鉛玻璃組成物、氧化碲組成物及碘化銀的IRS製備例示性膏P-T。另外，膏P-T中之IRS亦包含氧化鋅。將氧化鋅併入氧化碲/碘化銀組分中，而將鉛玻璃單獨地併入IRS中。膏P-T各自之IRS佔約2.5wt.%至4wt.%(佔膏)。
將佔膏約85wt.%之量的銀粒子及佔膏約11wt.%至12.5wt.%之量的有機媒劑添加至膏P-T中之每一者中。在晶圓3上製備例示性太陽能電池。
根據實例1中闡述之參數將膏網版印刷、乾燥及燒製。接著根據與實例1中所述相同的方法測試所有太陽能電池。在表23中，將在晶圓3上膏P-T之電學效能與膏I(實例4，不具有氧化鋅)之電學效能相比較。膏I之數據校正為1，且膏P-T之有關數據係藉由將適當量測結果除以經校正之參照電池數據來計算。
自表23中呈現之數據顯而易見的是，所有包含氧化鋅之例示性膏的效能皆優於膏I(具有相同組成，但不含氧化鋅)。膏P-T皆展現出降低之串聯電阻，如由與膏I相比Rs3量測結果顯著降低所示。相較於膏I，膏P-T亦展示出增加之效率及填充因數。
實例8
如表24中所示，製備兩種例示性導電膏(膏U-V)。用包含不同量之氧化鉛、氧化碲/氧化銀組成物、碘化銀及其他添加劑(SiO2、Al2O3、ZnO、Li2O、P2O5)之IRS製備例示性膏U-V。在此實例中，直接將所有組分一起併入IRS中(與實例4至6相反)。膏U-V各自之IRS佔約2.5wt.%至4wt.%(佔膏)。
將佔膏約85wt.%之量的銀粒子及佔膏約11wt.%至12.5wt.%之量的有機媒劑添加至膏U-V中之每一者中。在晶圓3上製備例示性太陽能電池。
根據實例1中闡述之參數將膏網版印刷、乾燥及燒製。接著根據與實例1中所述相同的方法測試所有太陽能電池。在表25中，將在晶圓3上膏U-V之電學效能與膏I(實例4，其中鉛玻璃為各別基質形成組成物之一部分)之電學效能相比較。膏I之數據校正為1，且膏U-V之有關數據係藉由將適當量測結果除以經校正之參照電池數據來計算。
自表25中呈現之數據顯而易見的是，相較於膏U包含較高量TeO2及較低量PbO之例示性膏V的效能優於膏I。膏U及V兩者皆展現出降低之串聯電阻，如由與膏I相比Rs3量測結果顯著降低且填充因數增加 所示。僅膏V展示出相較於膏I增加之效率。
可使用不同量之各IRS組分形成適用於本發明之導電膏。舉例而言且在不限制本發明的情況下，可使用表26中所闡述之IRS組成物。
實例9
如表27中所示，製備四種例示性導電膏(膏S1-S4)，其皆含有與膏S(實例6)完全相同的IRS。該等膏的不同之處在於其含有不同量之IRS以及不同量及類型之有機媒劑(媒劑1及媒劑2)，且膏S2含有兩種類型之銀粒子(銀1及銀2)。在晶圓3上製備例示性太陽能電池。
根據實例1中闡述之參數將膏網版印刷、乾燥及燒製。接著根據與實例1中所述相同的方法測試所有太陽能電池。在表28中，將膏S1-S4之電學效能與膏S相比較。膏S之數據校正為1，且膏S1-S4之有關數據係藉由將適當量測結果除以經校正之參照電池數據來計算。
自表28中呈現之數據顯而易見的是，包含約3.4wt.%(佔膏)IRS之例示性膏S4的效能優於其他例示性膏S1-S3。相對於膏S，其具有類似之效率及填充因數，而具有僅略微較高之串聯電阻。
實例10
製備如表29中所呈現之包含碘化銀之玻璃樣品(「G1」及「G2」)。
將玻璃G1及G2在氧化鋁板之上熔融且使其冷卻，從而形成玻璃層。玻璃層之厚度跨越整個表面在約50至200μm範圍內變化。使用HP 43301A萬用表探針跨越約1mm之間隙距離量測玻璃G1及G2之電阻。G1及G2玻璃兩者皆具導電性。跨越該間隙，量測G1之電阻為約1.0×107Ω，而量測G2之電阻為約1.5×106Ω。
本發明之此等及其他優勢對於熟習此項技術者而言將因上述說明書而顯而易見。因此，熟習此項技術者將瞭解可對上述實施例進行變化或修改而不背離本發明之廣泛之發明概念。僅出於說明目的描述任何特定實施例之特定尺寸。因此應瞭解，本發明不限於本文所述之特定實施例，而意欲包括處於本發明範疇及精神內之所有變化及修改。
100‧‧‧太陽能電池
101‧‧‧單個摻雜Si晶圓
102‧‧‧p-n接面邊界
103‧‧‧前電極/前側電極
104‧‧‧背電極
105‧‧‧前摻雜層
106‧‧‧背摻雜層

Claims (24)

  1. 一種導電膏組成物，其包含：金屬粒子；無機反應系統，其包含：具有大於1×10-12S．cm-1之電導率的導電玻璃材料；及有機媒劑。
  2. 如前述請求項中任一項之導電膏組成物，其中該導電玻璃材料具有大於1×10-11S．cm-1之電導率。
  3. 如前述請求項中任一項之導電膏組成物，其中該導電玻璃材料包含銀。
  4. 如前述請求項中任一項之導電膏組成物，其中該導電玻璃材料包含氧化銀或鹵化銀，更佳包含溴化銀、碘化銀或氯化銀。
  5. 如前述請求項中任一項之導電膏組成物，其進一步包含其他基質形成組成物。
  6. 如前述請求項中任一項之導電膏組成物，其中該其他基質形成組成物包含鉛。
  7. 如前述請求項中任一項之導電膏組成物，其中該其他基質形成組成物包含含鉛玻璃組成物。
  8. 如前述請求項中任一項之導電膏組成物，其中該其他基質形成組成物不含有意添加之鉛。
  9. 如前述請求項中任一項之導電膏組成物，其中該導電玻璃材料包含銀，該銀佔該基質形成組成物之至多85m.%，或佔該基質形成組成物之至多75m.%，或佔該基質形成組成物之至多60m.%，或佔該基質形成組成物之至多40m.%，或佔該基質形成組成物之至多20m.%，或佔該基質形成組成物之至多10m.%。
  10. 如前述請求項中任一項之導電膏組成物，其中該導電玻璃材料包含佔該基質形成組成物之20m.%至85m.%，或佔該基質形成組成物之40m.%至75m.%，或佔該基質形成組成物之50m.%至70m.%的銀。
  11. 如前述請求項中任一項之導電膏組成物，其中該導電玻璃材料包含至多80wt.%之銀，較佳至多50wt.%，更佳至多30wt.%且最佳約1wt.%至20wt.%之銀。
  12. 一種導電膏組成物，其包含：金屬粒子；無機反應系統，其包含根據下式之鹵化銀基質形成組成物：(AgHA)x-(AgO0.5)y-(MnOr)z其中HA為Br、I、Cl或F；M係選自由以下組成之群：Pb、Bi、Li、Na、K、Mg、Sr、Ba、Zn、P、B、Si、Ag、Al、Ti、W、V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Nb、Ta、Te、Th、Ge、Mo、La及Ce；n>0，且Or與Mn達成電荷平衡；及有機媒劑。
  13. 如請求項12之導電膏組成物，其中0x、y或z1，x：y為0：100至95：5，更佳x：y為0：100至75：25，且x：z為0：100至95：5，更佳x：z為0：100至80：20。
  14. 如請求項12至13中任一項之導電膏組成物，其中HA為Br或I。
  15. 如請求項12至14中任一項之導電膏組成物，其中M為選自由Te、Pb、P、Zn及B組成之群的至少一者。
  16. 如請求項12至15中任一項之導電膏組成物，其中該鹵化銀基質形成組成物包含約0.5wt.%至95wt.%(佔總鹵化銀基質形成組成物)之鹵化銀、約0.5wt.%至60wt.% Ag2O及約0.5wt.%至95wt.% 其他氧化物。
  17. 如請求項12至16中任一項之導電膏組成物，其中該鹵化銀基質形成組成物進一步包含選自由以下組成之群的至少一者：鹼金屬氧化物、鹼土金屬氧化物、稀土金屬氧化物及Pb、Bi、Al、Ga、Si、Ge、Sn、B、P、Sb、Te、Nb、Ta、V、Ti、Mo或W氧化物。
  18. 如請求項12至17中任一項之導電膏組成物，其中該無機反應系統佔總導電膏之約1wt.%至15wt.%。
  19. 如請求項12至18中任一項之導電膏組成物，其中該鹵化銀基質形成組成物構成約5wt.%至95wt.%(佔總無機反應系統)，較佳約5wt.%至60wt.%，最佳約5wt.%至50wt.%。
  20. 如前述請求項中任一項之導電膏組成物，其中該等金屬粒子為選自由銀、金、銅及鎳組成之群的至少一者。
  21. 如前述請求項中任一項之導電膏組成物，其中該等金屬粒子為銀。
  22. 如前述請求項中任一項之導電膏組成物，其中該等金屬粒子佔膏之約50wt.%至95wt.%。
  23. 如前述請求項中任一項之導電膏組成物，其中該有機媒劑包含黏合劑、界面活性劑、有機溶劑及觸變劑。
  24. 如前述請求項中任一項之導電膏組成物，其中該有機媒劑佔導電膏之約1wt.%至20wt.%。
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