TW201606796A - 用於高溫應用的具有特徵化重量損失之導電膏 - Google Patents

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Abstract

一般而言，本發明係關於具有特徵化重量損失之導電膏及其在製備光伏打太陽能電池中之用途。更具體言之，本發明係關於導電膏、太陽能電池前驅物、太陽能電池之製備方法、太陽能電池及太陽能模組。 本發明係關於一種包含以下膏成分之膏：i.金屬粒子；ii.無機反應系統；iii.有機媒劑；其中第一重量損失△30在約0.05wt.%至約0.3wt.%範圍內。

Description

用於高溫應用的具有特徵化重量損失之導電膏
一般而言，本發明係關於具有特徵化重量損失之導電膏及其在製備光伏打太陽能電池中之用途。更具體言之，本發明係關於導電膏、太陽能電池前驅物、太陽能電池之製備方法、太陽能電池及太陽能模組。
太陽能電池為使用光伏打效應將光能轉化成電之裝置。太陽能為一種有吸引力的綠色能量來源，因為其為可持續的且僅產生無污染之副產物。因此，當前大量研究正致力於研發具有增強效率之太陽能電池，同時持續降低材料及製造成本。當光撞擊太陽能電池時，一部分入射光經表面反射且剩餘光傳輸至太陽能電池中。所傳輸光子由太陽能電池吸收，該太陽能電池通常由半導電材料，諸如通常適當摻雜之矽製成。經吸收之光子能量激發半導體材料之電子，從而產生電子-電洞對。此等電子-電洞對隨後由p-n接面相隔且藉由太陽能電池表面上之導電電極收集。圖1展示簡單太陽能電池之最少構造。
太陽能電池極常基於矽，通常呈Si晶圓形式。此處，p-n接面通常藉由提供n型摻雜Si基板及施加p型摻雜層至一個面或藉由提供p型摻雜Si基板及施加n型摻雜層至一個面，從而在兩種情況下均得到所謂 的p-n接面來製備。施加有摻雜劑層之面一般充當電池之正面，具有原始摻雜劑之Si之相反側充當背面。n型及p型太陽能電池均為可能的且已在工業上加以利用。經設計以利用入射於兩個面上之光的電池亦為可能的，但其使用尚未經廣泛利用。
為了使太陽能電池正面上之入射光進入且吸收，前電極通常 配置成兩組垂直線，分別稱為「指狀物」及「匯流排」。指狀物形成與正面之電接點，且匯流排連接此等指狀物以允許電荷被有效地抽離至外部電路。指狀物及匯流排之此配置通常以導電膏之形式應用，該導電膏經燒製以得到固體電極體。背電極亦常以導電膏形式應用，其隨後經燒製而產生固體電極體。典型的導電膏含有金屬粒子、玻璃料及有機媒劑。
先前技術中已經進行一些改良太陽能電池特性之嘗試。一種此類嘗試描述於EP2472526A2中。
目前現有技術中仍需要用於製備太陽能電池之改良方法。
本發明一般基於克服關於太陽能電池之現有技術中遇到的問題中之至少一者之目標。
更具體言之，本發明進一步基於改良膏之有效印刷時間段，較佳同時維持太陽能電池之良好效能，較佳維持良好短路電流密度Jsc之目標。
本發明之一個目標為改良膏在網版上之滿溢，且改良因此在清潔之前網版可用於印刷之時間段。清潔之需要可經由網版上乾燥區域之出現觀察到，且可在電極中產生干擾及隨之而來的電池效能之減損。一個 目標為改良滿溢及/或印刷時間，同時維持印刷指狀物之高縱橫比。
本發明之另一目標為提供製備太陽能電池之方法。
藉由形成本發明申請專利範圍之類別之標的物對實現至少一個上述目標作出貢獻。藉由代表本發明特定具體實例之本發明附屬申請專利範圍之標的物來做出進一步貢獻。
100‧‧‧太陽能電池
101‧‧‧摻雜Si之晶圓
102‧‧‧p-n接面邊界
103‧‧‧前電極
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
300‧‧‧晶圓
311‧‧‧背面上之額外層
312‧‧‧正面上之額外層
313‧‧‧導電膏
214‧‧‧前電極指狀物
215‧‧‧前電極匯流排
現藉助於圖式解釋本發明，該等圖式僅意欲說明且不應視為限制本發明之範疇。簡言之，圖1展示用於太陽能電池之最低需求層組態之截面圖，圖2展示用於太陽能電池之常見層組態之截面圖，圖3a、圖3b及圖3c一起說明燒製前側膏之方法，圖4展示用於重量損失測試方法之代表性加熱特徵。
藉由包含以下膏成分之膏對達成上述目標中之至少一者作出貢獻：i.金屬粒子；ii.無機反應系統；iii.有機媒劑；其中第一重量損失△30在約0.05至約0.3範圍內，較佳在約0.06至約0.2範圍內，更佳在約0.07至約0.15範圍內；在膏之一個具體實例中，有機媒劑在以該膏之總重量計約5wt.%至約20wt.%範圍內，較佳在約6wt.%至約18wt.%範圍內，更佳在約 7wt.%至約15wt.%範圍內。
在膏之一個具體實例中，第二重量損失△低30在約0.01至約0.1範圍內，較佳在約0.02至約0.08範圍內，更佳在約0.025至約0.05範圍內。
在膏之一個具體實例中，第三重量損失△高30在約0.4至約1範圍內，較佳在約0.8至約1範圍內，更佳在約0.9至約1範圍內。
在膏之一個具體實例中，金屬粒子為銀。
在膏之一個具體實例中，金屬粒子為以該膏之總重量計至少約70wt.%，較佳至少約75wt.%，更佳至少約80wt.%。
在膏之一個具體實例中，該膏之黏度在約5Pa．s至約25Pa．s範圍內，較佳在約8Pa．s至約20Pa．s範圍內，更佳在約10Pa．s至約18Pa．s範圍內。
在膏之一個具體實例中，無機反應系統為玻璃料。
在膏之一個具體實例中，無機反應系統在以該膏之總重量計約1wt.%至約7wt.%範圍內，較佳在約2wt.%至約6wt.%範圍內，更佳在約3wt.%至約5wt.%範圍內。
藉由包含以下前驅物組分之太陽能電池前驅物對達成上述目標中之至少一者作出貢獻：a.晶圓；b.疊加於晶圓上之根據本發明之膏。
在前驅物之一個具體實例中，膏疊加於p型摻雜面上。
藉由包含以下製備步驟之製備太陽能電池之方法對達成上 述目標中之至少一者作出貢獻：i.提供根據本發明之前驅物；ii.燒製該前驅物以獲得太陽能電池。
在方法之一個具體實例中，步驟ii中之最大燒製溫度在約500℃至約1200℃範圍內，較佳在約600℃至約1100℃範圍內，更佳在約700℃至約1000℃範圍內。
在方法之一個具體實例中，膏塗覆於晶圓之前側。
在方法之一個具體實例中，膏經由網版塗覆。
在方法之一個具體實例中，膏以寬度在約20μm至約100μm範圍內，較佳在約25μm至約90μm範圍內，更佳在約30μm至約80μm範圍內之線形式塗覆。
藉由可由本發明方法獲得之太陽能電池對達成上述目標中之至少一者作出貢獻。
在太陽能電池之一個具體實例中，太陽能電池包含寬度在約20μm至約100μm範圍內，較佳在約25μm至約90μm範圍內，更佳在約30μm至約80μm範圍內之電極。
在太陽能電池之一個具體實例中，太陽能電池包含縱橫比在約0.1至約1範圍內，較佳在約0.15至約0.9範圍內，更佳在約0.2至約0.8範圍內之電極。
藉由包含至少2個太陽能電池，其中至少1個根據本發明，之模組對達成上述目標中之至少一者作出貢獻。
上述具體實例可彼此組合。各可能的組合在此為本說明書揭 露之一部分。
晶圓
根據本發明之較佳晶圓為在太陽能電池之其他區域中能夠高效率吸收光而產生電子-電洞對，且高效率跨越邊界，較佳跨越所謂的p-n接面邊界分離電洞與電子的區域。根據本發明之較佳晶圓為包含由前摻雜層及背摻雜層製成之單一主體的晶圓。
晶圓較佳由適當摻雜之四價元素、二元化合物、三元化合物或摻合物組成。在此情形下，較佳四價元素為Si、Ge或Sn，較佳Si。較佳二元化合物為兩種或兩種以上四價元素、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之組合。四價元素之較佳組合為選自Si、Ge、Sn或C，較佳SiC之兩種或兩種以上元素之組合。第III族元素與第V族元素之較佳二元化合物為GaAs。根據本發明最佳為晶圓基於Si。Si作為晶圓之最佳材料，在本申請案其餘部分中明確提及。明確提及Si之下文部分亦適用於上文所描述的其他晶圓組成物。
晶圓之前摻雜層與背摻雜層相接處為p-n接面邊界。在n型太陽能電池中，背摻雜層摻雜有電子供給n型摻雜劑，且前摻雜層摻雜有電子接受或電洞供給p型摻雜劑。在p型太陽能電池中，背摻雜層摻雜有p型摻雜劑，且前摻雜層摻雜有n型摻雜劑。根據本發明較佳地，藉由首先提供摻雜Si基板，且隨後向彼基板之一個面施加相對類型之摻雜層來製備具有p-n接面邊界之晶圓。在本發明之另一具體實例中，p摻雜層及n摻雜層可在晶圓之同一面上配置。此晶圓設計通常稱作互相交叉背觸點，如 Handbook of Photovoltaic Science and Engineering，第2版，John Wiley & Sons,2003，第7章中所例證。
摻雜之Si基板為熟習此項技術者所熟知。摻雜之Si基板可以熟習此項技術者已知且其認為適用於本發明情形之任何方式製備。根據本發明之Si基板之較佳來源為單晶Si、多晶Si、非晶形Si及升級冶金Si，單晶Si或多晶Si最佳。為形成摻雜Si基板而進行的摻雜可藉由在製備Si基板期間添加摻雜劑同時進行或可在後續步驟中進行。在製備Si基板之後進行的摻雜可例如藉由氣體擴散磊晶法進行。摻雜Si基板亦易於購得。根據本發明，Si基板之初始摻雜之一種選擇為藉由添加摻雜劑至Si混合物而與Si基板之形成同時進行。根據本發明，施加前摻雜層及高度摻雜背層(若存在)之一種選擇為藉由氣相磊晶法進行。此氣相磊晶法較佳在範圍為約500℃至約900℃，更佳範圍為約600℃至約800℃且最佳範圍為650℃至約750℃之溫度下，在範圍為約2kPa至約100kPa，較佳範圍為約10至約80kPa，最佳範圍為約30至約70kPa之壓力下進行。
熟習此項技術者已知Si基板可展現多種形狀、表面紋理及尺寸。形狀可為尤其包括立方體、圓盤、晶圓及不規則多面體之多種不同形狀中之一者。根據本發明之較佳形狀為晶圓形，其中彼晶圓為兩個維度類似、較佳相同，且第三維度顯著小於其他兩個維度之立方體。在此情形下之顯著小於較佳為小至少約100倍之係數。
熟習此項技術者已知多種表面類型。根據本發明，具有粗糙表面之Si基板為較佳。一種評定基板粗糙度之方式為評估基板之次表面之表面粗糙度參數，該次表面與基板之總表面積相比較小，較佳小於總表面 積之一百分之一，且該次表面基本上為平面。表面粗糙度參數值係藉由次表面之面積與理論表面之面積的比率給出，該理論表面係藉由使均方位移最小化藉由將次表面投影至與次表面最佳擬合之平坦平面上形成。較高表面粗糙度參數值表示較粗糙、較不規則表面，且較低表面粗糙度參數值表示較平滑、較平坦表面。根據本發明，Si基板之表面粗糙度較佳經調節以使包括(但不限於)光吸收及指狀物與表面之黏著性的多種因素之間產生最佳平衡。
Si基板之兩個較大維度可變化以適合所得太陽能電池所需之應用。根據本發明，Si晶圓厚度較佳低於約0.5mm，更佳低於約0.3mm且最佳低於約0.2mm。一些晶圓具有約0.01mm或0.01mm以上的最小尺寸。
根據本發明，前摻雜層較佳比背摻雜層薄。在本發明之一個具體實例中，前摻雜層之厚度在約10nm至約4μm範圍內，較佳在約50nm至約1μm範圍內且最佳在約100nm至約800nm範圍內。
前摻雜層通常比背摻雜層薄。在本發明之一個具體實例中，背摻雜層具有比前摻雜層大的厚度。
高度摻雜層可在背摻雜層與任何其他層之間施加於Si基板之背面。此類高度摻雜層具有與背摻雜層相同的摻雜類型，且此類層通常用+標示(n+型層施加於n型背摻雜層且p+型層施加於p型背摻雜層)。此高度摻雜背層用以輔助金屬化且改良基板/電極界面區域之導電特性。根據本發明較佳地，高度摻雜背層(若存在)之厚度在約10nm至約30μm範圍內，較佳在約50nm至約20μm範圍內且最佳在約100nm至約10μm範圍內。
摻雜劑
較佳摻雜劑為在添加至Si晶圓時藉由將電子或電洞引入能帶結構中而形成p-n接面邊界之摻雜劑。根據本發明較佳地，此等摻雜劑之標識及濃度經特定選擇以便調諧p-n接面之能帶結構特徵且視需要設定光吸收及導電性特徵。根據本發明之較佳p型摻雜劑為將電洞添加至Si晶圓能帶結構之摻雜劑。其為熟習此項技術者所熟知。熟習此項技術者已知且其認為適合於本發明之情形的所有摻雜劑可用作p型摻雜劑。根據本發明較佳p型摻雜劑為三價元素，尤其週期表第13族之元素。在此情形下，較佳週期表第13族元素包括(但不限於)B、Al、Ga、In、Tl或其至少兩者之組合，其中B為尤佳。在本發明之一個具體實例中，p摻雜層包含B作為摻雜劑。
根據本發明之較佳n型摻雜劑為將電子添加至Si晶圓能帶結構之摻雜劑。其為熟習此項技術者所熟知。熟習此項技術者已知且其認為適合於本發明之情形的所有摻雜劑可用作n型摻雜劑。根據本發明之較佳n型摻雜劑為週期表之第15族之元素。在此情形下，較佳週期表第15族元素包括N、P、As、Sb、Bi或其至少兩者之組合，其中P為尤佳。在本發明之一個具體實例中，n摻雜層包含P作為摻雜劑。
如上文所描述，p-n接面之各摻雜程度可不同以便調諧所得太陽能電池之所需特性。
根據本發明，背摻雜層較佳輕微摻雜，更佳具有濃度在約1×1013cm-3至約1×1018cm-3範圍內，較佳在約1×1014cm-3至約1×1017cm-3範圍內，最佳在約5×1015cm-3至約5×1016cm-3範圍內之摻雜劑。一些商業產品具 有摻雜劑濃度為約1×1016之背摻雜層。
在本發明之一個具體實例中，高度摻雜背層(若存在一者)為高度摻雜的，較佳具有在約1×1017cm-3至約5×1021cm-3範圍內，更佳在約5×1017cm-3至約5×1020cm-3範圍內且最佳在約1×1018cm-3至約1×1020cm-3範圍內之濃度。
導電膏
根據本發明之較佳導電膏為可塗覆於表面且經燒製而形成與彼表面電接觸之固體電極體的膏。該膏之成分及其比例可由熟習此項技術者選擇，以使得該膏具有諸如燒結及可印刷性之所需特性，且所得電極具有所需電學及物理特性。金屬粒子可存在於該膏中，主要為了使所得電極體導電。為了經由表面層及進入Si晶圓中引起適當燒結，可使用無機反應系統。在本發明之情形下，較佳導電膏之一個示例性組成可包含：i)金屬粒子，較佳銀粒子，較佳至少約50wt.%，更佳至少約70wt.%且最佳至少約80wt.%；ii)無機反應系統，較佳玻璃料，較佳在約0.1wt.%至約6wt.%範圍內，更佳在約0.5wt.%至約5wt.%範圍內且最佳在約1wt.%至約4wt.%範圍內；iii)有機媒劑，較佳在約5wt.%至約40wt.%範圍內，更佳在約5wt.%至約30wt.%範圍內且最佳在約5wt.%至約15wt.%範圍內；iv)添加劑，較佳在約0至約15wt.%範圍內，更佳在約0至約10wt.%範圍內，且最佳在約0.3wt.%至約5wt.%範圍內。
其中第一重量損失△30在約0.05至約0.3範圍內，較佳在約0.06至約 0.2範圍內，更佳在約0.07至約0.15範圍內；其中wt.%各基於導電膏之總重量且合計達100wt.%。
為了有助於導電膏之可印刷性，根據本發明導電膏較佳具有有助於可印刷性之黏度及搖變指數。在本發明之一個具體實例中，導電膏滿足以下標準中之至少一者：-黏度在約5Pa*s至約35Pa*s範圍內，較佳在約8Pa*s至約25Pa*s範圍內且最佳在約10Pa*s至約20Pa*s範圍內。
-該膏中存在之所有溶劑之沸點在約90℃至約300℃範圍內。
有機媒劑
在本發明之情形下，較佳有機媒劑為基於一或多種溶劑，較佳基於有機溶劑之溶液、乳劑或分散液，其確保導電膏之成分以溶解、乳化或分散形式存在。較佳有機媒劑為提供在內在導電膏內最佳穩定性且賦予導電膏允許有效線可印刷性之黏度的有機媒劑。根據本發明之較佳有機媒劑包含以下作為媒劑組分：(i)黏合劑，較佳在約1wt.%至約10wt.%範圍內，更佳在約2wt.%至約8wt.%範圍內且最佳在約3wt.%至約7wt.%範圍內；(i)界面活性劑，較佳在約0至約10wt.%範圍內，更佳在約0至約8wt.%範圍內且最佳在約0至約6wt.%範圍內；(iii)溶劑系統；(iv)視情況選用之添加劑，較佳在約0至約15wt.%範圍內，更佳在約0至約12wt.%範圍內，且最佳在約1wt.%至約10wt.%範圍內，其中wt.%各以有機媒劑之總重量計。根據本發明，較佳有機媒劑為允 許達成上文所描述之導電膏之較佳高水準可印刷性的有機媒劑。
金屬粒子
銀為根據本發明之較佳金屬粒子。在本發明之情形下，較佳金屬粒子為展現金屬導電性或在燒製後產生展現金屬導電性之物質的粒子。存在於導電膏中之金屬粒子提供固體電極金屬導電性，該固體電極在導電膏在燒製後經燒結時形成。有利於有效燒結且產生具有較高導電性及較低接觸電阻之電極的金屬粒子為較佳的。金屬粒子為熟習此項技術者所熟知。熟習此項技術者已知且其認為適於本發明之情形的所有金屬粒子可用作導電膏中之金屬粒子。根據本發明之較佳金屬粒子為金屬、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。
根據本發明，較佳除銀之外，可以與銀相同的方式用作金屬粒子之較佳金屬為Au、Cu、Al、Zn、Pd、Ni、Pb及其至少兩種之混合物，較佳Au或Al。可用作根據本發明之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之混合物或兩者或兩者以上合金。
在本發明之一個具體實例中，金屬粒子包含塗佈有一或多種其他不同金屬或合金之金屬或合金，例如塗佈有銀之銅。
作為關於上文所提及之成分的金屬粒子之額外成分，根據本發明，有助於所形成電極之更有利的燒結特性、電接觸、黏著性及導電性的彼等成分為較佳的。熟習此項技術者已知及該認為適於本發明之情形的所有額外成分可用於金屬粒子中。根據本發明，代表用於待塗覆導電膏之 面的補充摻雜劑之彼等額外取代物為較佳的。當形成與n型摻雜Si層介接之電極時，能夠充當Si中之n型摻雜劑的添加劑為較佳的。在此情形下，較佳n型摻雜劑為第15族元素或在燒製後產生該等元素之化合物。根據本發明，在此情形下之較佳第15族元素為P及Bi。當形成與p型摻雜Si層介接之電極時，能夠充當Si中之p型摻雜劑之添加劑為較佳的。較佳p型摻雜劑為第13族元素或在燒製後產生該等元素之化合物。根據本發明，在此情形下之較佳第13族元素為B及Al。
熟習此項技術者熟知，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已知。一些實例為球形、角形、細長形(棒狀或針狀)及平坦形(薄片狀)。金屬粒子亦可呈不同形狀粒子之組合形式存在。根據本發明，具有促進所產生電極之有利燒結、電接觸、黏著性及導電性之形狀或形狀組合的金屬粒子為較佳的。一種在不考慮表面性質下將該等形狀特徵化之方式為經由參數長度、寬度及厚度。在本發明之情形下，粒子長度藉由最長空間位移向量之長度給出，其兩個端點包含在該粒子內。粒子寬度係藉由垂直於上文所定義之長度向量之最長空間位移向量之長度給出，其兩個端點均含有在該粒子內。粒子厚度係由垂直於如上文所定義之長度向量與寬度向量的最長空間位移向量之長度給出，其兩個端點包含在該粒子內。在根據本發明之一個具體實例中，形狀儘可能均勻之金屬粒子為較佳的，亦即其中與長度、寬度及厚度相關的比率儘可能接近1，較佳所有比率處於約0.7至約1.5範圍內，更佳約0.8至約1.3範圍內且最佳約0.9至約1.2範圍內之形狀。因此，用於此具體實例中之金屬粒子之較佳形狀的實例為球體及立方體或 其組合，或其一或多者與其他形狀之組合。在本發明之一個具體實例中，導電膏中之Ag粒子為球體。在根據本發明之另一具體實例中，較佳金屬粒子具有低均勻度之形狀，較佳地，該形狀之與長度、寬度及厚度之維度相關的比率中之至少一者高於約1.5，更佳高於約3且最佳高於約5。根據此具體實例之較佳形狀為片形、棒或針形，或片形、棒或針形與其他形狀之組合。
熟習此項技術者已知多種表面類型。對於根據本發明之金屬粒子之表面類型，有利於所產生電極之有效燒結且產生有利電接觸及導電性的表面類型為有利的。
粒子直徑d50及相關值d10及d50為熟習此項技術者熟知之粒子特徵。較佳根據本發明，金屬粒子之平均粒徑d50在約0.5μm至約10μm範圍內，更佳在約1μm至約10μm範圍內且最佳在約1μm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。
在本發明之一個具體實例中，銀粒子之d50在約1μm至約4μm範圍內，較佳在約2μm至約3.5μm範圍內，更佳在約2.8μm至約3.2μm範圍內。
金屬粒子可存在表面塗層。熟習此項技術者已知且其認為在適合於本發明之情形的任何該等塗層可用於金屬粒子。根據本發明之較佳塗層為促進導電膏之改良的印刷、燒結及蝕刻特徵之塗層。若存在此類塗層，則根據本發明較佳彼塗層對應於不超過在各情況下以金屬粒子計之總重量之約10wt.%，較佳不超過約8wt.%，最佳不超過約5wt.%。
在根據本發明之一個具體實例中，銀粒子以大於約50wt. %，較佳大於約70wt.%，最佳大於約80wt.%之導電膏比例存在。
無機反應系統
無機反應系統(較佳玻璃料)存在於根據本發明導電膏中以便引起蝕刻及燒結。較佳無機反應系統較佳為玻璃(較佳玻璃料)或能夠在燒製後形成玻璃之材料。有效蝕刻需要蝕穿可能已塗覆於Si晶圓且因此位於前摻雜層與所塗覆導電膏之間的任何額外層，以及以適當程度蝕刻入Si晶圓中。Si晶圓之適當蝕刻意謂足夠深以引起電極與前摻雜層之間的良好電接觸且因此導致較低的接觸電阻，但不深至干擾p-n接面邊界。較佳地，在本發明之情形下，無機反應系統(較佳玻璃料)為展現玻璃轉移之非晶形或部分結晶固體之粉末。玻璃轉移溫度Tg為非晶形物質在加熱後自剛性固體轉化為部分流動過冷熔體之溫度。測定玻璃轉移溫度之方法為熟習此項技術者所熟知。藉由無機反應系統(較佳玻璃料)引起之蝕刻及燒結在高於無機反應系統(較佳玻璃料)之玻璃轉移溫度時出現，且較佳玻璃轉移溫度低於所需峰值燒製溫度。無機反應系統(較佳玻璃料)為熟習此項技術者所熟知。熟習此項技術者已知且其認為適用於本發明之情形的所有無機反應系統(較佳玻璃料)可用作導電膏中之無機反應系統。
在本發明之情形下，無機反應系統(較佳玻璃料)存在於較佳包含元素、氧化物、加熱後產生氧化物之化合物、其他化合物或其混合物之導電膏中。在此情形下，較佳元素為Si、B、Al、Bi、Li、Na、Mg、Pb、Zn、Gd、Ce、Zr、Ti、Mn、Sn、Ru、Co、Fe、Cu、Ba及Cr或自此清單之兩者或兩者以上之混合物。在本發明之情形下，可由無機反應系統(較佳玻璃料)包含之較佳氧化物為鹼金屬氧化物、鹼土金屬氧化物、稀土氧化 物、第V族及第VI族氧化物、其他氧化物或其組合。在此情形下，較佳鹼金屬氧化物為氧化鈉、氧化鋰、氧化鉀、氧化銣、氧化銫或其組合。在此情形下，較佳鹼土金屬氧化物為氧化鈹、氧化鎂、氧化鈣、氧化鍶、氧化鋇或其組合。在此情形下，較佳第V族氧化物為氧化磷(諸如P2O5)、氧化鉍(諸如Bi2O3)或其組合。在此情形下，較佳第VI族氧化物為氧化碲(諸如TeO2或TeO3)、氧化硒(諸如SeO2)或其組合。較佳稀土氧化物為氧化鈰、(諸如CeO2)及氧化鑭(諸如La2O3)。在此情形下，其他較佳氧化物為氧化矽(諸如SiO2)、氧化鋅(諸如ZnO)、氧化鋁(諸如Al2O3)、氧化鍺(諸如GeO2)、氧化釩(諸如V2O5)、氧化鈮(諸如Nb2O5)、氧化硼、氧化鎢(諸如WO3)、氧化鉬(諸如MoO3)及氧化銦(諸如In2O3)，上文所列之彼等元素作為較佳元素之其他氧化物或其組合。較佳氧化物亦為含有至少兩種作為無機反應系統(較佳玻璃料玻璃)之較佳元素成分列舉之元素的混合氧化物，或由加熱上述所提及氧化物中之至少一者與上述所提及金屬中之至少一者形成的混合氧化物。在本發明之情形下，以上所列氧化物及混合氧化物中至少兩者的混合物亦為較佳的。
如上文所提及，無機反應系統(較佳玻璃料)較佳具有低於導電膏之所需燒製溫度之玻璃轉移溫度。在本發明之一個具體實例中，無機反應系統(較佳玻璃料)之玻璃轉移溫度在約250℃至約530℃範圍內，更佳在約300℃至約500℃範圍內且最佳在約320℃至約450℃範圍內。
熟習此項技術者熟知，玻璃料粒子可展現多種形狀、表面性質、尺寸、表面積與體積比及塗層。玻璃料粒子之大多數形狀為熟習此項技術者已知。一些實例為球形、角形、細長形(棒狀或針狀)及平坦形(薄 片狀)。玻璃料粒子亦可以不同形狀之粒子組合形式存在。根據本發明，具有有利於所產生電極之有利燒結、黏著性、電接觸及導電性之形狀或形狀組合的玻璃料粒子為較佳的。
平均粒子直徑d50及相關參數d10及d90為熟習此項技術者熟知之粒子特徵。根據本發明較佳地，玻璃料之平均粒徑d50在約0.1μm至約10μm範圍內，更佳在約0.2μm至約7μm範圍內且最佳在約0.5μm至約5μm範圍內。
在本發明之一個具體實例中，玻璃料粒子之d50在約0.1μm至約3μm範圍內，較佳在約0.5μm至約2μm範圍內，更佳在約0.8μm至約1.5μm範圍內。
黏合劑
黏合劑可為不同於溶劑之任何化合物。在本發明之情形下，較佳黏合劑為有助於形成具有有利穩定性、可印刷性、黏度、燒結及蝕刻特性之導電膏的黏合劑。黏合劑為熟習此項技術者所熟知。熟習此項技術者已知且其認為適合於本發明情形的所有黏合劑可用作有機媒劑中之黏合劑。根據本發明之較佳黏合劑(其通常屬於稱為「樹脂」之類別)為聚合黏合劑。
在本發明之情形下，較佳黏合劑為聚合黏合劑，較佳分子量高於約500g/mol，更佳高於1000g/mol，最佳高於2000g/mol。在本發明之情形下，較佳黏合劑為纖維素衍生物，尤其乙基纖維素衍生物、聚乙烯基丁基化物(PVB)、聚乙烯吡咯啶酮(PVP)、聚甲基丙烯酸酯(PMA)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或其混合物。
界面活性劑
界面活性劑可為不同於溶劑之任何化合物。在本發明之情形下，較佳界面活性劑為促進形成具有有利穩定性、可印刷性、黏度、燒結及蝕刻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。熟習此項技術者已知且其認為適於本發明之情形的所有界面活性劑可用作有機媒劑中之界面活性劑。在本發明之情形下，較佳界面活性劑為聚合界面活性劑，較佳分子量高於約500g/mol，更佳高於1000g/mol，最佳高於2000g/mol。
溶劑系統
較佳選擇溶劑系統以便達成根據本發明之重量損失。溶劑系統可包括一種單一溶劑或兩種或兩種以上溶劑。根據本發明之較佳溶劑為單醇、二醇、多元醇、單酯、二酯、聚酯、單醚、二醚、聚醚、包含此等類別官能基中之至少一或多者的溶劑(視情況包含其他類別官能基，較佳環狀基團、芳族基、不飽和鍵、其中一或多個O原子經雜原子置換之醇基團、其中一或多個O原子經雜原子置換之醚基團、其中一或多個O原子經雜原子置換之酯基團)及兩種或兩種以上前述溶劑之混合物。在此情形下，較佳酯為己二酸之二烷基酯，較佳烷基成分為甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基及高碳烷基或兩者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。在此情形下，較佳醚為二醚，較佳為乙二醇之二烷基醚，較佳烷基成分為甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基及高碳烷基或兩種不同該等烷基之組合，及兩種二醚之混合物。在此情形下，較佳醇為一級、二級及三級醇，較佳為三級醇，萜品醇且其衍生 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(通常稱作十二醇酯(texanol))及其衍生物2-(2-乙氧基乙氧基)乙醇(通常稱為卡比醇)、其烷基衍生物，較佳甲基、乙基、丙基、丁基、戊基及己基卡比醇，較佳己基卡比醇或丁基卡必醇，及其乙酸衍生物，較佳丁基卡必醇乙酸酯，或上述至少2種之混合物。
溶劑之分子量較佳不超過500g/mol，較佳不超過350g/mol，更佳不超過200g/mol。
有機媒劑中之添加劑
有機媒劑中之較佳添加劑為不同於前述媒劑組分且促進導電膏之有利特性的添加劑，該等特性諸如所產生電極之有利黏度、燒結、導電性及與基板之良好電接觸。熟習此項技術者已知且其認為適於本發明之情形的所有添加劑可用作有機媒劑中之添加劑。根據本發明之較佳添加劑為搖變劑、黏度調節劑、穩定化劑、無機添加劑、增稠劑、乳化劑、分散劑或pH調節劑。在此情形下，較佳搖變劑為羧酸衍生物，較佳為脂肪酸衍生物或其組合。較佳脂肪酸衍生物為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。在此情形下，包含脂肪酸之較佳組合為蓖麻油。
導電膏中之添加劑
在本發明之情形下，較佳添加劑為除明確提及之其他成分外，添加至導電膏中之成分，其有助於導電膏、其產生之電極或所得太陽 能電池效能之提高。熟習此項技術者已知且其認為適合於本發明之情形的所有添加劑可用作導電膏中之添加劑。除存在於媒劑中之添加劑之外，添加劑亦可存在於導電膏中。根據本發明之較佳添加劑為搖變劑、黏度調節劑、乳化劑、穩定化劑或pH調節劑、無機添加劑、增稠劑及分散劑或其至少兩者之組合，而無機添加劑為最佳的。在此情形下，根據本發明之較佳無機添加劑為Mg、Ni、Te、W、Zn、Mg、Gd、Ce、Zr、Ti、Mn、Sn、Ru、Co、Pe、Cu及Cr或其至少兩者之組合，較佳Zn、Sb、Mn、Ni、W、Te或其至少兩者之組合、其氧化物、燒製後可產生彼等金屬氧化物之化合物或至少兩種前述金屬之混合物、至少兩種前述氧化物之混合物、至少兩種燒製後可產生彼等金屬氧化物之上述化合物之混合物或上文所提及任兩種或兩種以上之混合物。
太陽能電池前驅物
藉由包含以下太陽能電池前驅物之太陽能電池前驅物成分針對達成上文所提及目標中之至少一者作出貢獻：a.晶圓，較佳Si晶圓；b.疊加於晶圓上之根據本發明之膏。
在一個具體實例中，一或多種其他膏疊加於晶圓上。
較佳太陽能電池前驅物為燒製後供給n型太陽能電池之前驅物，較佳為本發明之導電膏在燒製後形成前側電極之彼等前驅物。
在根據本發明之太陽能電池前驅物之一個具體實例中，膏疊加於p摻雜層上。
在根據本發明之太陽能電池前驅物之一個具體實例中，膏疊 加於兩個摻雜層中較薄的那層上。
生產太陽能電池之方法
藉由產生太陽能電池之方法對達成前述目標中之至少一者作出貢獻，該方法至少包含以下方法步驟：i)提供如上文所描述之太陽能電池前驅物，尤其組合上述具體實例中之任何者；及ii)燒製該太陽能電池前驅物以獲得太陽能電池。
印刷
根據本發明，前電極及背電極較佳藉由塗覆導電膏，且隨後燒製該導電膏以獲得燒結體來應用。導電膏可以熟習此項技術者已知且其認為適合於本發明之情形的任何方式塗覆，該等方式包括(但不限於)浸沒、浸漬、澆注、滴落、注入、噴射、刮刀塗法、簾式塗佈、刷塗或印刷或其至少兩者之組合，其中較佳印刷技術為噴墨印刷、網版印刷、移動印刷、平版印刷、凸版印刷或模板印刷或其至少兩者之組合。根據本發明，導電膏較佳藉由印刷，較佳藉由網版印刷經塗覆。在本發明之一個具體實例中，導電膏經由網版塗覆於正面。在此具體實例之一個態樣中，經由網版之塗覆滿足以下參數中之至少一者：-網格計數在約290至約400範圍內，較佳在約310至約390範圍內，更佳在約330至約370範圍內；-絲網厚度在約10μm至約30μm範圍內，較佳在約12μm至約25μm範圍內，更佳在約15μm至約23μm範圍內；-網格上乳液(EoM)厚度在約5μm至約25μm範圍內，較佳在約10 μm至約20μm範圍內，更佳在約13μm至約18μm範圍內
-指狀物間距在約1mm至約3mm範圍內，較佳在約1.8mm至約2.5mm範圍內，更佳在約2mm至約2.3mm範圍內。
在本發明之一個具體實例中，導電膏疊加於柵格圖案中之正面上的第一區上。在此具體實例之一個態樣中，此柵格圖案包含寬度在約20μm至約100μm範圍內，較佳在約30μm至約80μm範圍內，更佳在約30μm至約60μm範圍內之指狀物，及與其成的角度在約70°至約90°範圍內之匯流排，此等匯流排之寬度在約0.5mm至約2.5mm範圍內，較佳在約1mm至約2mm範圍內，更佳在約1.3mm至約1.8mm範圍內。
在本發明之又一具體實例中，導電膏疊加於柵格圖案中之背面之其他區上。在此具體實例之一個態樣中，此柵格圖案包含寬度在約20μm至約180μm範圍內，較佳在約30μm至約100μm範圍內，更佳在約40μm至約60μm範圍內之指狀物，及與其成的角度在約70°至約90°範圍內之匯流排，此等匯流排之寬度在約0.5mm至約2.5mm範圍內，較佳在約1至約2mm範圍內，更佳在約1.3mm至約1.8mm範圍內。
燒製
根據本發明，電極較佳由首先塗覆導電膏，且隨後燒製該導電膏以得到固體電極體形成。燒製為熟習此項技術者所熟知，且可以熟習此項技術者已知且其認為適合於本發明之情形的任何方式進行。燒製必須在高於存在於該膏中之至少一種玻璃料，較佳兩種或兩種以上玻璃料且更佳所有玻璃料之玻璃轉移溫度下進行。
在本發明之一個具體實例中，燒製階段滿足以下標準中之至 少一者：-保持根據下文給出之方法標題「燒製鍋爐中之溫度特徵」量測之溫度，在約700℃至約900℃範圍內，較佳在約730℃至約880℃範圍內；-保持溫度之時間在約1s至約10s範圍內。
根據本發明，燒製較佳以在約10s至約2分鐘範圍內，更佳在約25s至約90s範圍內且最佳在約40s至約1分鐘範圍內之保持時間進行。
在正面及背面上的導電之燒製可同時或依次進行。若塗覆導電膏的兩個面具有類似，較佳相同的最優燒製條件，則同時燃燒為適當的。適當時，根據本發明較佳同時執行燒製。當依次實現燒製時，根據本發明，較佳首先塗覆及燒製背部導電膏，之後塗覆及燒製至導電膏之正面。
太陽能電池
藉由可由根據本發明之方法獲得之太陽能電池對達成上述目標中之至少一者作出貢獻。根據本發明之較佳太陽能電池為在轉化成電能輸出之入射光之總能量之比例方面具有高效率且光亮且耐久的太陽能電池，較佳n型太陽能電池。如圖2中例證，太陽能電池之一種層組態如下：(i)前電極、(ii)抗反射塗層、(iii)前鈍化層、(iv)前摻雜層、(v)p-n接面邊界、(vi)背摻雜層、(vii)高度摻雜背層、(viii)背鈍化層(ix)背電極。個別層可自此常見層組態省略，或個別層可實際上執行上文概述之常見具體實例中描述的層中之一者以上的功能。在本發明之一個具體實例中，單一層充當抗反射層與鈍化層。如圖1中例證，另一層組態如下：(I)前電極、(II)前摻雜層、(III)p-n接面邊界、(IV)背摻雜層、(V)背電極。
抗反射塗層
根據本發明，抗反射塗層可在太陽能電池正面上的電極之前應用為外層且通常為最外層。根據本發明之較佳抗反射塗層為降低由正面反射之入射光比例且增加穿過正面之由晶圓吸收的入射光比例之抗反射塗層。產生有利吸收/反射比，易於經所使用之導電膏蝕刻，但另外對燒製導電膏所需之溫度具抗性，且不使電極界面附近電子與電洞之再組合增加的抗反射塗層為有利的。可使用熟習此項技術者已知且其認為適於本發明之情形的所有抗反射塗層。根據本發明之較佳抗反射塗層為SiNx、SiO2、Al2O3、TiO2或其至少兩者之混合物及/或其至少兩層之組合，其中SiNx為尤佳的，尤其在使用Si晶圓時。
抗反射塗層之厚度適合於適當光之波長。根據本發明，抗反射塗層之厚度較佳在約20nm至約300nm範圍內，更佳在約40nm至約200nm範圍內且最佳在約60nm至約90nm範圍內。
鈍化層
根據本發明，一或多個鈍化層可在電極之前或在抗反射層之前(若存在一者)作為外層或作為最外層施加於前側及/或背側。較佳鈍化層為在電極界面附近減小電子/電洞再組合速率之鈍化層。可使用熟習此項技術者已知且其認為適於本發明之情形的任何鈍化層。根據本發明之較佳鈍化層為氮化矽、二氧化矽及二氧化鈦，氮化矽為最佳的。根據本發明，鈍化層之厚度較佳在約0.1nm至約2μm範圍內，更佳在約10nm至約1μm範圍內且最佳在約30nm至約200nm範圍內。
單一層可充當抗反射層及鈍化層。在本發明之一個具體實例 中，充當抗反射層及/或鈍化層之一或多層存在於太陽能電池前驅物中之p摻雜層與首先疊加膏之間。在此具體實例之一個態樣中，充當抗反射層及/或鈍化層之層中之至少一者包含SiNx，其中x表示正數，但不一定為整數。
額外保護層
除上述直接有助於太陽能電池基本功能之層外，可添加其他層進行機械及化學保護。可囊封電池以提供化學保護。囊封為熟習此項技術者所熟知且其已知且可使用其認為適於本發明之情形的任何囊封。根據本發明，若此類囊封存在，則通常稱為透明熱塑性樹脂的透明聚合物較佳作為囊封材料。在此情形下，較佳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正面以向電池之前部提供機械保護。透明玻璃薄片為熟習此項技術者所熟知，且熟習此項技術者已知且其認為適合於本發明之情形的任何透明玻璃薄片可用作太陽能電池正面上之保護。
可將背保護材料添加至太陽能電池之背面以提供機械保護。背部保護材料為熟習此項技術者所熟知，且熟習此項技術者已知且其認為適合於本發明之情形的任何背部保護材料可用作太陽能電池背面上之保護。根據本發明之較佳背保護材料為具有良好機械特性及耐候性之背保護材料。根據本發明之較佳背保護材料為具有聚氟乙烯層之聚對苯二甲酸乙二酯。根據本發明，背保護材料較佳存在於囊封層下方(在背保護層與囊封均存在之情況下)。
框架材料可添加至太陽能電池外部以產生機械支撐。框架材 料為熟習此項技術者所熟知，且熟習此項技術者已知且其認為適於本發明之情形的任何框架材料可用作框架材料。根據本發明之較佳框架材料為鋁。
太陽能面板
藉由包含至少一種如上文所描述，尤其根據上文所描述具體實例中之至少一者獲得之太陽能電池及至少另一種太陽能電池的模組對達成上文所提及目標中之至少一者作出貢獻。大量根據本發明之太陽能電池可經空間配置且電連接以形成稱作模組之集合配置。根據本發明較佳模組可採取多種形式，較佳稱為太陽能面板之矩形表面。電連接太陽能電池之多種方法以及機械配置及固定該等電池以形成集合配置之多種方法為熟習此項技術者所熟知，且可使用熟習此項技術者已知且其認為適合於本發明之情形的任何該等方法。根據本發明之較佳方法為產生低質量與功率輸出比、低體積與功率輸出比及高耐久性之方法。鋁為用於機械固定根據本發明之太陽能電池之較佳材料。
圖1展示太陽能電池100之截面圖且表示根據本發明之太陽能電池之最低需求層組態。自背面開始且朝向正面繼續，太陽能電池100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，其中前電極足夠穿透入前摻雜層105中以形成與其之良好電接觸，但不足以分流p-n接面邊界102。背摻雜層106與前摻雜層105一起構成單個摻雜Si晶圓101。在100表示n型電池之情況下，背電極104較佳為銀電極，背摻雜層106較佳為輕微摻雜有P之Si，前摻雜層105較佳為大量摻雜有B之Si，且前電極103較佳為混合銀及鋁電極。在100表示p型電池之情況下，背電極104較佳為混合銀及鋁電極，背摻雜層106較佳為輕微摻雜有B之 Si，前摻雜層105較佳為大量摻雜有P之Si，且前電極103較佳為銀及鋁電極。前電極103已在圖1中表示為由三個主體組成，其純粹為了示意性說明前電極103不全部覆蓋正面之事實。本發明不將前電極103限制為由三個主體組成之電極。
圖2展示根據本發明之太陽能電池200之常見層組態之截面圖(不包括純粹用於化學及機械保護之額外層)。自背面開始且朝向正面繼續，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透過抗反射層209及前鈍化層207且進入前摻雜層105遠遠足以形成與前摻雜層之良好的電接觸，但不足以分流p-n接面邊界102。在200表示n型電池之情況下，背電極104較佳為銀電極，高度摻雜背層210較佳為大量摻雜有P之Si，背摻雜層106較佳為輕微摻雜有P之Si，前摻雜層105較佳為大量摻雜有B之Si，抗反射層209較佳為氮化矽層，且前電極指狀物及匯流排214及215較佳為銀與鋁之混合物。在200表示p型電池之情況下，背電極104較佳為混合銀及鋁電極，高度摻雜背層210較佳為大量摻雜有B之Si，背摻雜層106較佳為輕微摻雜有B之Si，前摻雜層105較佳為大量摻雜有P之Si，抗反射層209較佳為氮化矽層，且前電極指狀物及匯流排214及215較佳為銀。圖2為示意性的，且本發明不將前電極指狀物之數目限制為如所展示之三個。此截面圖不能有效地展示眾多以垂直於前電極指狀物214之平行線配置的前電極匯流排215。
圖3a、圖3b及圖3c一起說明燒製前側膏以產生前側電極之 方法。圖3a、3b及3c為示意性的且加至構成p-n接面者之一般化及額外層僅視為視情況存在之額外層，無更詳細討論。
圖3a說明施加前電極前之晶圓300a。自背面開始且朝向正面繼續，施加前電極前之晶圓300a視情況可包含背面上之額外層311、背摻雜層106、p-n接面邊界102、前摻雜層105及正面上之額外層312。背面上之額外層311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以上各者。正面上之額外層312可包含前鈍化層、抗反射層中之任一者或不包含以上各者。
圖3b展示導電膏在燒製之前塗覆於正面之晶圓300b。除上文所描述存在於300a中之層外導電膏313存在於正面之表面上。
圖3c展示施加有前電極晶圓300c。除存在於上文所描述的300a中之層外，存在前側電極103，其自正面之表面穿過另外的前層312且進入前摻雜層105中，且由圖3b之導電膏313藉由燒製形成。
在圖3b及圖3c中，塗覆的導電膏313及前電極103示意性地展示為以三個主體之形式存在。此純粹為表示藉由膏/電極非完全覆蓋正面之示意性方式，且本發明不將膏/電極限制為以三個主體之形式存在。
圖4展示根據下文重量損失測試方法之加熱特徵。用於量測△30之加熱特徵T中由虛線展示。溫度T中以10開/分鐘之速率在時間t0=0時之25℃增加至100℃，且維持在100℃下直至時間t30=30分鐘。△30為此t0至t30之時間段期間的重量損失，表述為以在t0下量測的膏之重量計的wt.%。用於量測△高30之加熱特徵T高由實線展示。溫度T高以10開/分鐘之速率在時間t0=0時之25℃增加至250℃，且維持在250℃下直至時間t30=30 分鐘。△高30為此t0至t30之時間段期間的重量損失，表述為以在t0下量測的膏之重量計的wt.%。用於量測△低30之加熱特徵T低由點線展示。溫度T低以10開/分鐘之速率在時間t0=0時之25℃增加至50℃，且維持在50℃下直至時間t30=30分鐘。△低30為此t0至t30之時間段期間的重量損失，表述為以在t0下量測的膏之重量計的wt.%。實際上，保持溫度下之等溫線之平衡可不與圖中指示的一樣陡。自圖式中展示之溫度特徵的任何變化在任何時間下必須不超過10K，且藉由不超過等溫線之變化特性化之0.5K的等溫線必須在達至保持溫度5分鐘內獲得。適當量測裝置應提供遵循上述之加熱特徵。
測試方法
以下測試方法用於本發明。在缺乏測試方法下，對於待量測之特徵，應用最接近本申請案之最早申請日期之ISO測試方法。在缺乏不同量測條件下，應用標準環境溫度及壓力(SATP)(298.15K之溫度及100kPa之絕對壓力)。
測定最大重量損失
使用2cm×2cm正方形開放面積且模板厚度為100μm之模板將一部分膏印刷於玻璃基板上。藉由秤測定膏樣本之重量。將膏樣本置放於100℃溫度之對流烘箱12h中以便在此溫度下移除揮發性部分。乾燥步驟後，再次測定樣本重量，且最大重量損失計算為乾燥步驟前及後的膏重量之間的差異，表述為以乾燥步驟前量測的膏之總重量計的wt.%。
第一重量損失△30
使用裝備有樣本固持器HTP 40000A69.010、S型熱電偶及鉑 烘箱Pt S TC：S(均來自Netzsch)之STA設備Netzsch STA 449 F3 Jupiter(Netzsch)測定膏之第一重量損失△30。為進行量測及資料評估，應用量測軟體Netzsch Messung V5.2.1及Proteus熱分析V5.2.1。作為用於參考及樣本之盤，使用直徑為6.8mm且體積為約85μl之氧化鋁盤GB 399972及蓋GB 399973(均來自Netzsch)。將約40-60mg量之樣本稱量入樣本盤中，準確度為0.01mg。將空參考盤及樣本盤置放於設備中，關閉烘箱且開始量測。如上文圖式部分詳述，在時間t0=0時之25℃起始以10K/min之速率將樣本加熱至100℃。隨後，將溫度保持在100℃下直至時間t30=30分鐘，如自加熱t0開始量測。△30為時間t0與t30之間的膏之重量損失，表述為以在t0下量測之膏之總重量計的wt.%，除以如上文測定之膏之最大重量損失。
第二重量損失比△低30
使用裝備有樣本固持器HTP 40000A69.010、S型熱電偶及鉑烘箱Pt S TC：S(均來自Netzsch)之STA設備Netzsch STA 449 F3 Jupiter(Netzsch)測定膏之第二重量損失△低30。為進行量測及資料評估，應用量測軟體Netzsch Messung V5.2.1及Proteus熱分析V5.2.1。作為用於參考及樣本之盤，使用直徑為6.8mm且體積為約85μl之氧化鋁盤GB 399972及蓋GB 399973(均來自Netzsch)。將約40-60mg量之樣本稱量入樣本盤中，準確度為0.01mg。將空參考盤及樣本盤置放於設備中，關閉烘箱且開始量測。如上文圖式部分詳述，在時間t0=0時之25℃起始以10K/min之速率將樣本加熱至50℃。隨後，將溫度保持在50℃下直至時間t30=30分鐘，如自加熱t0開始量測。△低30為時間t0與t30之間的膏之重量損失，表述為以在t0下量測之膏之總重量計的wt.%，除以如上文測定之膏之最大重量損失。
第三重量損失比△高30
使用裝備有樣本固持器HTP 40000A69.010、S型熱電偶及鉑烘箱Pt S TC：S(均來自Netzsch)之STA設備Netzsch STA 449 F3 Jupiter(Netzsch)測定膏之第三重量損失△高30。為進行量測及資料評估，應用量測軟體Netzsch Messung V5.2.1及Proteus熱分析V5.2.1。作為用於參考及樣本之盤，使用直徑為6.8mm且體積為約85μl之氧化鋁盤GB 399972及蓋GB 399973(均來自Netzsch)。將約40-60mg量之樣本稱量入樣本盤中，準確度為0.01mg。將空參考盤及樣本盤置放於設備中，關閉烘箱且開始量測。如上文圖式部分詳述，在時間t0=0時之25℃起始以10K/min之速率將樣本加熱至250℃。隨後，將溫度保持在250℃下直至時間t30=30分鐘，如自加熱t0開始量測。△高30為時間t0與t30之間的膏之重量損失，表述為以在t0下量測之膏之總重量計的wt.%，除以如上文測定之膏之最大重量損失。
黏度
使用Thermo Fischer Scientific公司之裝備有接地板MPC60 Ti及錐形板C 20/0,5° Ti之「Haake Rheostress 600」及軟體「Haake RheoWin Job Manager 4.30.0」執行黏度量測。設定距離零點之後，將足夠用於量測之膏樣本置放於接地板上。將錐體移動至量測位置，間隙距離為0.026mm，且使用刮勺移除多餘材料。樣本平衡至25℃後維持三分鐘且開始旋轉量測。剪切率在48s及50個等距量測點內由0增加至20s-1，且在312s及156個等距量測點內進一步增加至150s-1。在150s-1剪切率下60s之等待時間之後，剪切率在312s及156個等距量測點內由150s-1減少至20s-1，且在48s及50個等距量測點內進一步減少至0。啟動微力矩校正、微應力控制及質 量慣性校正。黏度以在100s-1向下剪切斜坡之剪切率下的量測值給出。
比表面積
根據DIN ISO 9277：1995進行測定粒子比表面積之BET量測。根據適應性配料速率之吸附法(Sorption Method with Adaptive dosing Rate；SMART法)工作之Gemini 2360(來自Micromeritics)用於該量測。作為參考材料，使用購自BAM(Bundesanstalt für Materialforschung und-prüfung)之α氧化鋁CRM BAM-PM-102。將填料棒添加至參考及樣本光析管中以便減小怠體積。將光析管安裝於BET設備上。測定氮氣(N2 5.0)之飽和蒸汽壓。將使得具有填料棒之光析管完全填充且產生最小怠體積之量的樣本稱重至玻璃光析管中。將樣本保持於80℃下2小時以便使其乾燥。冷卻之後記錄樣本之重量。將含有樣本之玻璃光析管安裝於量測設備上。為使樣本脫氣，以所選擇之泵送速度進行抽空，使得無材料抽吸入泵中。脫氣之後樣本之質量用於計算。使用氦氣(He 4.6)測定怠體積。使用液氮浴將玻璃光析管冷卻至77K。對於吸附，在77K下分子橫截面積為0.162nm2之N2 5.0用於計算。執行具有5個量測點之多點分析且所得比表面積以m2/g給出。
Ag粒度測定(d10、d50、d90)
根據ISO 13317-3：2001執行對於Ag粒子之粒度測定。根據X射線重力技術工作之具有軟體Win 5100 V2.03.01之Sedigraph 5100(來自Micromeritics)用於量測。將約400mg至600mg之樣本稱量入50ml玻璃燒杯中，且添加呈懸浮液體形式之40ml Sedisperse P11(來自Micromeritics，密度為約0.74g/cm3至0.76g/cm3且黏度為約1.25mPa*s至1.9mPa*s)。將磁 性攪拌棒添加至懸浮液中。使用在功率位準2下操作之超音波探針Sonifer 250(來自Branson)分散樣本8分鐘，同時用攪拌棒攪拌懸浮液。將此預處理樣本置放於儀器中且開始量測。記錄懸浮液之溫度(典型範圍為24℃至45℃)，且為了計算，使用在此溫度下之分散溶液之量測黏度資料。使用樣本之密度及重量(對於銀，密度為10.5g/cm3)，測定粒度分佈且以d50、d10及d90給出。
摻雜劑含量
使用次級離子質譜分析量測摻雜劑含量。
效率、填充係數、開路電壓、接觸電阻、短路電流密度及串聯電阻
使用來自Halm Elektronik股份有限公司之商業IV測試器「cetisPV-CTL1」進行樣本太陽能電池之特性化。在電學量測期間，將量測設備之所有部件以及待測試之太陽能電池維持在25℃下。在實際量測期間，此溫度始終同時藉由溫度探針在電池表面上量測。Xe弧光燈以1000W/m2之已知AM1.5強度在電池表面上模擬日光。為使模擬器達至此強度，在時間段內閃蒸該燈若干次直至其達至藉由IV測試器之「PVCTControl 4.313.0」軟體監測之穩定程度。Halm IV測試器使用多點接觸方法來量測電流(I)及電壓(V)以測定電池之IV曲線。為此，將太陽能電池以一定方式置放於多點接觸探針之間以使得探針指與電池之匯流排接觸。將接觸探針線之數目調節為電池表面上之匯流排之數目。所有電值藉由所實施之軟體套件直接自此曲線自動測定。作為參考標準，測試來自ISE Freiburg之由相同面積尺寸、相同晶圓材料組成且使用相同前側佈局經加工之校準太陽能電池且將資料與認定值相比較。量測至少5個以極相同方式加工之晶圓 且藉由計算各值之平均值解釋資料。軟體PVCTControl 4.313.0提供效率、填充係數、短路電流密度Jsc、串聯電阻及開路電壓之值。
燒製鍋爐中之溫度特徵
用連接至來自Despatch之Wafer Test Assembly 1-T/C 156mm SQ(部件號DES-300038)之來自Datapaq有限公司，Cambridge,UK之Datapaq DQ 1860 A資料記錄儀量測燃燒製程之溫度特徵。資料記錄儀受來自Datapaq有限公司，Cambridge,UK之屏蔽箱TB7250保護，且連接至晶圓測試總成之熱電偶導線。將太陽能電池模擬器緊靠最後晶圓後方置放於燒製鍋爐之帶上以使得燒製製程之量測溫度特徵經精確量測。屏蔽資料記錄儀在約50cm距離處在晶圓測試總成後面以不影響溫度特徵穩定性。藉由資料記錄儀記錄資料，且隨後使用具有來自Datapaq有限公司，Cambridge,UK之Datapaq Insight Reflow Tracker V7.05軟體之電腦對其進行分析。
實施例
現藉助於實施例解釋本發明，該等實施例僅意欲說明且不應視為限制本發明之範疇。
膏製備
藉助於Kenwood Major鈦混合器，藉由混合適當量之根據特定實施例之有機媒劑(表1)、Ag粉末(來自Ames有限公司之PV4，d50為2μm)、研磨至d50為1.5μm之玻璃料、氧化鋅(Sigma Aldrich股份有限公司，物品編號204951)製造膏。使該膏通過具有第一間隙為120μm且第二間隙為60μm之不鏽鋼輥的3-輥研磨機Exact 80 E，其中使第一間隙之間隙逐漸下降至20μm且第二間隙下降至10μm若干次直至均質。如上文所 提及量測黏度，且添加適當量之具有表1中給出之組成的有機媒劑以調節膏黏度接近於約14Pas至約20Pas範圍內之目標。表2中給出膏成分之wt.%。
太陽能電池製備及量測
將膏塗覆於具有磷摻雜之正面及硼摻雜之背面之單晶Cz-p型矽晶圓。晶圓具有156×156mm2之尺寸及擬正方形形狀。晶圓在正面上具有厚度為約75nm之SiNx抗反射層/鈍化層。藉由鹼性蝕刻變形處理所使用之太陽能電池。使用來自Asys集團，EKRA Automatisierungssysteme設定有以下網版參數：400目，18μm絲網厚度，18μm網格上之乳液，86個指狀物，50μm指狀物開口，3個匯流排，1.5mm匯流排寬度之半自動網版印刷機X1 SL將例示性膏網版印刷至晶圓之n摻雜面上。將市售可得之Al膏(Giga Solar 136，購自Giga Solar Materials公司，Taiwan)印刷於裝置之背部p摻雜面。在烘箱中在150℃下乾燥具有印刷圖案之裝置10分鐘。隨後，在Centrotherm DO-FF 8600-300烘箱中n摻雜側向上燒製基板1.5min。對於各實施例，以870℃之最大燒製溫度進行燒製。量測各電池之有效印刷時間段、電極指狀物之縱橫比及短路電流密度(Jsc)。對於各膏，量測△30、△低30及 △高30。
結果顯示為--：極不利，-：不利，o：中度，+：有利
Jsc之有利值證明根據本發明之膏尤其適用於提供具有減少的陰影之正面且同時提供長的有效印刷時間段之太陽能電池。
100‧‧‧太陽能電池
101‧‧‧摻雜Si之晶圓
102‧‧‧p-n接面邊界
103‧‧‧前電極
104‧‧‧背電極
105‧‧‧前摻雜層
106‧‧‧背摻雜層

Claims (20)

  1. 一種膏，其包含以下膏成分：i.金屬粒子；ii.無機反應系統；iii.有機媒劑；其中根據本文中所提供之測試方法測定之第一重量損失△30在約0.05至約0.3範圍內。
  2. 如申請專利範圍第1項之膏，其中該有機媒劑在以該膏之總重量計約5wt.%至約20wt.%範圍內。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項之膏，其中根據本文中所提供之該測試方法測定之第二重量損失△低30在約0.01wt.%至約0.1wt.%範圍內。
  4. 如前述申請專利範圍中任一項之膏，其中根據本文中所提供之該測試方法測定之第三重量損失△高30在約0.4至約1範圍內。
  5. 如前述申請專利範圍中任一項之膏，其中該金屬粒子為銀。
  6. 如前述申請專利範圍中任一項之膏，其中該金屬粒子為以該膏之總重量計至少約70wt.%。
  7. 如前述申請專利範圍中任一項之膏，其中該膏之黏度在約5Pa．s至約25Pa．s範圍內。
  8. 如前述申請專利範圍中任一項之膏，其中該無機反應系統為玻璃料。
  9. 如前述申請專利範圍中任一項之膏，其中該無機反應系統在以該膏之總重量計約1wt.%至約7wt.%範圍內。
  10. 一種太陽能電池前驅物，其包含以下前驅物組分： a.晶圓；b.疊加於該晶圓上之如前述申請專利範圍中任一項之膏。
  11. 如申請專利範圍第10項之太陽能電池前驅物，其中該膏疊加於p型摻雜面上。
  12. 一種製備太陽能電池之方法，其包含以下製備步驟：i.提供如申請專利範圍第11項之前驅物；ii.燒製該前驅物以獲得太陽能電池。
  13. 如申請專利範圍第12項之方法，其中步驟ii中之最大燒製溫度在約500℃至約1200℃範圍內。
  14. 如申請專利範圍第12項或第13項之方法，其中該膏塗覆於該晶圓之前側。
  15. 如申請專利範圍第12項至第14項之方法，其中該膏經由網版塗覆。
  16. 如申請專利範圍第12項至第15項中任一項之方法，其中該膏以寬度在約20μm至約100μm範圍內之線形式塗覆。
  17. 一種太陽能電池，其可藉由如申請專利範圍第12項至第16項中任一項之方法獲得。
  18. 如申請專利範圍第17項之太陽能電池，其包含寬度在約20μm至約100μm範圍內之電極。
  19. 如申請專利範圍第17項或第18項之太陽能電池，其包含縱橫比在約0.1至約1範圍內之電極。
  20. 一種包含至少2個太陽能電池之模組，其中至少1個為如申請專利範圍第17項至第19項中任一項之太陽能電池。
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