TW201631604A - 用於導電膠組合物之玻璃組合物 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於用於形成導電膠組合物之玻璃組合物。在本發明之一個態樣中，太陽電池板技術中所採用之導電膠組合物包括導電金屬粒子、有機媒劑及玻璃組合物，該玻璃組合物包含氧化碲(TeO2)、氧化鉍(Bi2O3)、氧化鋅(ZnO)及至少一種離子性玻璃改性劑(IGM)，該離子性玻璃改性劑(IGM)諸如鹼金屬化合物、鹼土金屬化合物、銀化合物及/或稀土金屬化合物中之至少一者。

Description

用於導電膠組合物之玻璃組合物
本發明係關於用於形成導電膠組合物之玻璃組合物。在本發明之一個態樣中，太陽電池板技術中所採用之導電膠組合物包括導電金屬粒子、有機媒劑及玻璃組合物，該玻璃組合物包含氧化碲(TeO2)、氧化鉍(Bi2O3)、氧化鋅(ZnO)及至少一種離子性玻璃改性劑(IGM)，該離子性玻璃改性劑(IGM)諸如鹼金屬化合物、鹼土金屬化合物、銀化合物及/或稀土金屬化合物中之至少一者。
太陽能電池為使用光伏打效應將光能轉化成電之裝置。太陽能為有吸引力之綠色能量來源，因為其為可持續的且僅產生無污染副產物。因此，當前大量研究正致力於開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。在操作中，當光射中太陽能電池時，一部分入射光由表面反射且其餘部分透射入太陽能電池中。透射光之光子由太陽能電池吸收，該太陽能電池通常由諸如矽之半導體材料製成。來自所吸收光子之能量自半導體材料之原子激發其電子，生成電子-電洞對。此等電子-電洞對隨後由p-n接面分離且由施用在太陽能電池表面上之導電電極收集。
太陽能電池通常具有施用於其前表面及背表面兩者上之導電膠。典型之導電膠含有導電金屬粒子、玻璃粉及有機媒劑。將常常包 括銀之前側膠施用於基板之前側以充當前電極。在一些情況下，玻璃粉在燒製後蝕穿矽基板之表面上的抗反射塗層，諸如氮化矽塗層，從而幫助在導電粒子與矽基板之間建立電接觸。另一方面，需要玻璃粉不具過強侵蝕性以至於其在燒製後使p-n接面分流。舉例而言，包括相對較高量之氧化鉛的玻璃粉可能損害抗反射層且使基板之p-n接面退化。因此，太陽能電池之電學效能可能受到危害。另外，已知玻璃粉具有較廣熔融溫度範圍，從而使得其性能強烈依賴於其組成及加工參數。因而，對於已知玻璃粉，在快速燒製製程下預測玻璃加工參數及性能之能力為困難的。此外，因為氧化鉛為環境毒性物質，所以需要減少或消除其在導電膠中之使用。
因此，需要改良導電膠與下方基板之間電接觸的玻璃組合物以便藉由改良發射體品質來達成改良之太陽能電池效率。改良之總體電池效能亦由例如較高短路電壓、較低串聯電阻、較好的電極與基板之黏著性及較高電流表現。此類玻璃組合物不應具有過強侵蝕性以至於其破壞抗反射層及p-n接面。此外，出於環境及健康目的，需要減少或消除毒性氧化鉛之存在的玻璃組合物。另外，需要具有較寬加工窗及較可預測熔體性能之玻璃粉。
本發明提供一種導電膠組合物，其包含導電金屬粒子、至少一種玻璃組合物及有機媒劑。至少一種玻璃組合物包含TeO2、Bi2O3、氧化鋅(ZnO)及至少一種離子性玻璃改性劑(IGM)，該離子性玻璃改性劑選自由以下組成之群：鹼金屬及其化合物、鹼土金屬及其化合物、稀土金屬及其化合物、及銀化合物。至少一種玻璃組合物之特徵亦在於如下：a)Bi2O3與IGM之重量比在約5-15(例如，約5.0-15.0)範圍內；b)Bi2O3與ZnO重量比在約1-4(例如，約1.0-4.0)範圍內； c)ZnO與IGM之重量比在約0.1-10(例如，約0.1-10.0)範圍內；且d)按該玻璃組合物之總重量計，IGM及/或ZnO之量大於約1重量%。
本發明亦係針對一種太陽能電池，其藉由將本發明之導電膠組合物施用於矽晶圓上及燒製該矽晶圓來產生。本發明進一步提供一種太陽能電池模組，其包含至少一個電互連的本發明之太陽能電池。
本發明進一步係針對一種產生太陽能電池之方法，其包含以下步驟：提供具有前側及背側之矽晶圓，將導電膠組合物施用於該矽晶圓上，及燒製該矽晶圓。
本發明係關於玻璃組合物。在不限於此類應用的情況下，本發明之玻璃組合物可用於導電膠組合物中，諸如用於在太陽能電池上形成電極之彼等導電膠組合物。本發明之導電膠組合物較佳包含導電金屬粒子、有機媒劑及所揭示之玻璃組合物。導電膠組合物可進一步包含一或多種添加劑。
導電膠組合物可包括玻璃組合物或化合物(例如，有機金屬化合物、鹽)之組合，其在物理加工(例如，機械化學加工、碾磨或研磨)或化學加工(例如，燒製、熱分解、或光或放射性化學分解)期間形成玻璃。在其他實施例中，形成玻璃組合物之元素可以單一組分之形式存在或分佈在兩種或兩種以上組分當中，其可為非晶形、結晶或部分結晶的。
當施用於矽太陽能電池上時，此類膠可用於在矽晶圓之前側或背側上形成電接觸層或電極。在一個較佳實施例中，導電膠用於太陽 能電池之矽晶圓的前側，且包括銀粒子、本發明之玻璃組合物及有機媒劑。
玻璃組合物
本發明之玻璃組合物在用於導電膠組合物中時提供多種作用。首先，玻璃為導電粒子提供傳遞介質，從而允許該等導電粒子自膠遷移至半導體基板之界面。玻璃亦為膠組分提供反應介質以供其在經受高溫時在界面處經歷物理及化學反應。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。此外，玻璃亦充當在導電粒子與半導體基板之間提供黏結的黏著介質，由此在太陽能裝置之使用期限期間改良電接觸效能。儘管意欲達成相同效果，但現存玻璃組合物由於玻璃之絕緣特性而可能會在導電膠與矽晶圓之界面處導致較高接觸電阻。本發明之玻璃組合物提供所要傳遞、反應性及黏著介質，且亦降低接觸電阻且改良總體電池效能。太陽能電池效能之改良可由例如較高短路電壓、較低串聯電阻、較好的電極與基板之黏著性及較高電流展示。
更具體言之，玻璃在太陽能電池中在導電粒子與半導體基板(例如矽基板)之間提供改良之歐姆(Ohmic)及肖特基(Schottky)接觸。玻璃相對於矽而言為反應性介質且在矽基板上產生改良總體接觸之作用區域，諸如經由直接接觸或穿隧。改良之接觸特性提供較佳歐姆接觸及肖特基接觸，且因此提供較佳總體太陽能電池效能。此外，玻璃組分以某些量之組合提供具有增寬範圍之玻璃轉移溫度、軟化溫度、熔融溫度、結晶溫度及流動溫度的膠，因此加寬所得膠之加工窗。此允許所得導電膠具有與多種基板之改良的相容性。
根據一個較佳實施例，玻璃組合物具有低鉛含量。根據另一個較佳實施例，玻璃組合物為無鉛的。如本文所闡述，術語「低鉛含 量」係指組合物之鉛含量為至少0.5重量%且小於約5重量%，諸如小於約4重量%，小於約3重量%，小於約2重量%，小於約1重量%及小於約0.8重量%。如本文所闡述，術語「無鉛」係指組合物之鉛含量小於約0.5重量%，較佳小於約0.4重量%，更佳小於約0.3重量%，更佳小於約0.2重量%，且最佳小於約0.1重量%鉛(按玻璃組合物之100%總重量計)。在一個最佳實施例中，玻璃組合物包含小於約0.01重量%之鉛，該氧化鉛可以來自其他玻璃組分之附帶雜質的形式存在。在一個較佳實施例中，玻璃組合物不包括任何有意添加之鉛。
在一個較佳實施例中，玻璃組合物包括氧化碲(TeO2)、氧化鉍(Bi2O3)、氧化鋅(ZnO)及至少一種離子性玻璃改性劑(IGM)。IGM可選自鹼金屬(鋰、鈉、鉀、銣及銫)及其化合物、鹼土金屬金屬(鎂、鈣、鍶、鋇及鐳)及其化合物、稀土金屬(鈧、釔、鑭、鈰、鐠、釹、鉕、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿及鎦)及其化合物、及銀化合物，例如氧化銀(例如Ag2O)及銀鹽(例如碘化銀及硝酸銀)。在一個較佳實施例中，IGM為至少一種鹼金屬或鹼土金屬之氧化物。在一個更佳實施例中，IGM為至少一種鹼金屬之氧化物。最佳地，IGM為氧化鋰(Li2O)。在另一個實施例中，可熱分解成氧化物的其它類型之化合物(諸如碳酸鹽，例如Li2CO3或Na2CO3)可用作形成玻璃組合物之原材料。
在至少一個實施例中，玻璃組合物如下調配：‧Bi2O3與IGM之重量比在約5-15(例如，約5.0-15.0)範圍內；‧Bi2O3與ZnO之重量比在約1-4(例如，約1.0-4.0)範圍內；且‧ZnO與IGM之重量比在約0.1-10(例如，約0.1-10.0)、較佳約0.2-8(例如，約0.2-8.0)範圍內。
在另一個實施例中，(a)IGM與(b)Bi2O3、ZnO及IGM之總和的重量比在約0.08-0.4範圍內。在又另一個實施例中’TeO2與Bi2O3之重量 比在約2.5-4(例如，約2.5-4.0)範圍內。在IGM為Li2O之一個較佳實施例中，(a)Bi2O3與(b)Bi2O3、ZnO及Li2O之總和的重量比小於0.75。
在另一個實施例中，玻璃組合物如下調配：‧Bi2O3與IGM之重量比在約5.0-15.0範圍內；‧Bi2O3與ZnO之重量比在約1.0-4.0範圍內；且‧ZnO與IGM之重量比在約0.1-10.0範圍內。
在又另一個實施例中，TeO2與Bi2O3之重量比在約2.5-4.0範圍內。
玻璃組合物較佳包含按玻璃組合物之100%總重量計約40-90重量%、更佳約50-90重量%且最佳約60-80重量%之TeO2。以莫耳百分比為單位，玻璃組合物較佳包含按玻璃組合物之100%總莫耳計約50-80莫耳%、較佳約60-80莫耳%且最佳約60-70莫耳%之TeO2。
玻璃組合物較佳包含約10-40重量%、較佳約10-30重量%且最佳約20-30重量%之Bi2O3。以莫耳百分比為單位，玻璃組合物較佳包含按玻璃組合物之100%總莫耳計約1-20莫耳%、較佳約1-15莫耳%且最佳約1-10莫耳%之Bi2O3。
玻璃組合物較佳包含超過1.0重量%之ZnO。在一個實施例中，玻璃組合物包含約1-20重量%之ZnO、較佳約1-15重量%之ZnO、且最佳約1-10重量%之ZnO。以莫耳百分比為單位，玻璃組合物較佳包含按玻璃組合物之100%總莫耳計約1-20莫耳%、較佳約10-20莫耳%且最佳約10-15莫耳%之ZnO。
玻璃組合物較佳包含超過1.0重量%之總IGM。在一個實施例中，玻璃組合物較佳包含約1-20重量%之IGM、較佳約1-10重量%之IGM、且最佳約1-5重量%之IGM。以莫耳百分比為單位，玻璃組合物較佳包含按玻璃組合物之100%總莫耳計約1-30莫耳%之總IGM、較佳約10-25莫耳%之總IGM、且最佳約15-20莫耳%之總IGM。
玻璃組合物可包括玻璃材料、陶瓷材料及此項技術中已知在高溫下形成反應性基質之任何其他化合物。在一個實施例中，玻璃組合物可包括至少一種實質上非晶形之玻璃粉。在另一個實施例中，玻璃組合物可併有結晶相或化合物，或非晶形、部分結晶及/或結晶材料之混合物。玻璃組合物亦可包括此項技術中已知之其他氧化物或化合物。舉例而言，可使用硼、鋁、鎵、矽、鎳、鎢、釓、鉭、銻、鈰、鋯、鈦、錳、錫、釕、鈷、鐵、銅及鉻或其至少兩者之任何組合的氧化物，較佳銻、錳、鎳、鎢及釕或其至少兩者之組合的氧化物；可在燒製後生成彼等金屬氧化物之化合物；或前述金屬中之至少兩者的混合物；前述氧化物中之至少兩者的混合物；可在燒製後生成彼等金屬氧化物之前述化合物中之至少兩者的混合物；或上文所提及中的任一者中之兩者或兩者以上之混合物。其他玻璃基質形成劑或玻璃改性劑，諸如氧化鍺、氧化釩、氧化鉬、氧化鈮、氧化銦、氧化磷、金屬磷酸鹽及金屬鹵化物(例如氟化鉛及氟化鋅)及硫族化物(calcogenide)亦可用作添加劑以調節總體玻璃組合物之特性，諸如玻璃轉移溫度。在一個實施例中，玻璃組合物可含有至少一種玻璃及至少一種氧化物或添加劑之組合。在一個實施例中，玻璃組合物包括至少約0.1重量%之額外氧化物及/或添加劑及不超過約10重量%、較佳不超過約5重量%且最佳不超過約3重量%之此類氧化物及/或添加劑(按玻璃之100%總重量計)。在至少一個實施例中，存在於玻璃中之任何額外氧化物或化合物的總量在一起不超過玻璃組合物之3.0重量%，以使得TeO2、Bi2O3、ZnO及IGM之總量較佳超過97.0重量%。
玻璃可藉由此項技術中已知之任何方法形成，包括固態合成、熔融及驟冷，或其他Chimie Douce(軟化學反應)製程。在典型熔融及驟冷製程中，第一步驟為混合適當量之起始材料(通常呈粉末形式)。在空氣中或在含氧氛圍中加熱此混合物以形成熔體。隨後使該熔體驟 冷，且隨後對其進行研磨、滾珠碾磨及/或篩檢，以便提供具有所要粒度之混合物。舉例而言，呈粉末形式之組分可在V-梳狀摻合器中混合在一起。加熱混合物(例如，加熱至大約800℃-1200℃)持續約30至40分鐘以使得起始材料可反應以形成單玻璃系統。隨後使系統驟冷，使其呈沙狀稠度。碾磨此粗糙粉末，諸如在球磨機或噴射研磨機中，直至產生精細粉末為止。可將玻璃粒子碾磨至約0.01-20μm、較佳約0.1-5μm之平均粒度(d50)。在一個實施例中，玻璃粒子可形成為d50介於約1至約100nm範圍內之奈米大小粒子。
Chimie Douce(軟化學反應)製程係在約20℃至約500℃之溫度下進行。Chimie Douce反應為拓撲的，其意謂反應物之結構元素保留在產物中，但組成變化。此類製程包括(但不限於)溶膠-凝膠製程、沈澱、水熱/溶劑熱製程及熱解。習知固態合成亦可用於製備本文所描述之玻璃組合物。在此製程中，原始起始材料在真空下密封在熔融石英試管或鉭或鉑試管中，且隨後加熱至約700℃-1200℃。使材料停留在此高溫下約12-48小時，且隨後緩慢冷卻(約0.1℃/分鐘)至室溫。在一些情況下，固態反應可在空氣中在氧化鋁坩堝中進行。又另一種用於製備玻璃組合物之製程為共沈澱。在此製程中，藉由調節pH水準或藉由併入還原劑來使金屬元素還原且與其他金屬氧化物或氫氧化物共沈澱以形成含有金屬陽離子之溶液。隨後乾燥此等金屬、金屬氧化物或氫氧化物之沈澱物，且在真空下在約400℃-800℃下燒製以形成精細粉末。
根據本發明之一個實施例，玻璃組合物之玻璃轉移溫度範圍(Tg)低於導電膠之所要燒製溫度。較佳玻璃組合物之Tg範圍為至少約200℃，較佳至少約220℃，更佳至少約240℃，更佳至少約250℃，更佳至少約260℃，更佳至少約270℃，且最佳至少約280℃。同時，當使用熱機械分析來量測時，較佳玻璃材料之Tg範圍不超過約750℃，較 佳不超過約700℃且最佳不超過約650℃。特定言之，玻璃轉移溫度可使用DSC設備TA Instruments SDT Q600 Simultaneous TGA/DSC(TA Instruments)來測定。為了量測及資料評估，應用量測軟體TA Universal Analysis 2000，V 4.5A。使用直徑為6.8mm且容量為約90μl之氧化鋁樣品杯(可購自TA Instruments)作為用於參考物及樣品之盤。以0.01mg之精確度將約20-50mg之量的樣品稱取至樣品盤中。將空的參考盤及樣品盤置放在設備中，關閉烘箱且開始量測。自25℃之起始溫度至1000℃之結束溫度，採用10-50℃/min之加熱速率。始終用氮氣(N2 5.0)吹掃儀器中之其餘部分，且用合成空氣(80% N2及20% O2，來自Linde)吹掃烘箱，流動速率為50ml/min。使用上文所描述之軟體將DSC信號中之第一步驟評估為玻璃轉移，且將所測定之起始值視為Tg之溫度。
此項技術中熟知玻璃粒子可展現多種形狀、大小及塗層。舉例而言，玻璃粒子之大量形狀為此項技術中已知的。一些實例包括球形、角形、細長形(棒狀或針狀)及平坦的(薄片狀、片狀)。玻璃粒子亦可以不同形狀(例如，球形及片狀)之粒子之組合的形式存在。具有有利於所產生電極之有利黏著性之形狀或形狀組合的玻璃粒子為較佳的。
中值粒徑d50為此項技術中熟知之粒子特徵。d50為中值直徑或粒度分佈之中值。其為累積分佈中50%處之粒徑值。粒度分佈可經由雷射繞射、動態光散射、成像、電泳光散射或此項技術中已知之任何其他方法來量測。使用連接至具有LA-910軟體程式之電腦的Horiba LA-910雷射繞射粒度分析器來測定玻璃組合物之粒度分佈。玻璃粒子之相對折射率係選自LA-910手冊且經鍵入至軟體程式中。測試腔室用去離子水填充至貯槽上之恰當填充線。隨後藉由使用軟體程式中之循環及攪動功能使溶液循環。在一分鐘之後，排乾溶液。額外重複此過 程一次以確保腔室中無任何殘餘材料。隨後第三次用去離子水填充腔室且使其循環並攪動一分鐘。溶液中之任何背景粒子藉由使用軟體中之空白功能來排除。隨後開始超音波攪動，且向測試腔室中之溶液中緩慢添加玻璃組合物，直至透射率條柱在軟體程式中處於恰當區域中為止。一旦透射率處於恰當水準，即執行雷射繞射分析，且量測玻璃之粒度分佈且將其以d50給出。在一個較佳實施例中，玻璃粒子之中值粒徑d50為至少約0.1μm，且較佳不超過約20μm，更佳不超過約10μm，更佳不超過約7μm，且最佳不超過約5μm。
比表面積亦為此項技術中熟知之粒子特徵。如本文所闡述，所有表面積量測均使用BET(布魯諾爾-艾米特-泰勒(Brunauer-Emmett-Teller))方法經由Monosorb MS-22分析器(由Boynton Beach,Florida之Quantachrome Instruments製造)進行，該分析器係根據SMART方法操作。製備樣品以用於在內置式脫氣台中分析。流動氣體清掃掉雜質，從而產生潔淨表面，在該潔淨表面上可發生吸附。可用供應之加熱套將樣品加熱至使用者可選之溫度。數位溫度控制器及顯示器安裝在儀器前面板上。在脫氣完成之後，將樣品電池轉移至分析台。快速連接配件在轉移期間自動密封樣品電池。按下單個按鈕，分析開始。填充有冷卻劑之杜瓦瓶(dewar flask)自動升高，從而浸沒樣品電池且引起吸附。儀器偵測吸附何時完成(2-3分鐘)，自動降低杜瓦瓶，且使用內置式熱鼓風機將樣品電池緩緩加熱回室溫。因此，解吸附氣體信號顯示於數位儀上且表面積直接呈現於前面板顯示器上。整個量測(吸附及解吸附)循環通常需要少於六分鐘。該技術使用高敏感性、熱導率偵測器以在吸附及解吸附進行時量測吸附物/惰性載氣混合物之濃度變化。當藉由機載電子器件整合且與校準比較時，偵測器提供吸附或解吸附之氣體體積。內置式微處理器確保線性地且自動地計算樣品的以m2/g為單位之BET表面積。在一個實施例中，玻璃粒子之比表面積 為至少約0.1m2/g且不超過約15m2/g，較佳至少約1m2/g且不超過約10m2/g。
導電膠組合物
本發明之一個態樣係關於一種導電膠組合物。所要導電膠為高度導電以便使所得太陽能電池之電學效能最佳化的導電膠。導電膠組合物一般包含金屬粒子、有機媒劑及至少一種本文所論述之玻璃組合物。根據一個實施例，導電膠包含：(i)至少約50重量%且不超過約95重量%之金屬粒子；(ii)至少約1重量%且不超過約10重量%之玻璃；及(iii)至少約1重量%且不超過約25重量%之有機媒劑(按膠之100%總重量計)。
在一個較佳實施例中，導電膠組合物包括至少約0.1重量%且較佳至少約0.5重量%之玻璃組合物。同時，導電膠組合物包括按膠之100%總重量計不超過約10重量%、較佳不超過約8重量%且最佳不超過約6重量%之玻璃組合物。
導電金屬粒子
導電膠包含導電金屬粒子。導電膠可包含按膠之100%總重量計至少約50重量%、較佳至少約60重量%、更佳至少約70重量%且最佳至少約80重量%之金屬粒子。同時，膠較佳包含按膠之100%總重量計不超過約95重量%之金屬粒子。
可採用此項技術中已知且視為適合用於導電膠中之所有金屬粒子。較佳金屬粒子為展現高導電性且產生具有較高效率及填充因數及較低串聯及柵極電阻之電極的彼等金屬粒子。較佳金屬粒子為元素金屬、合金、金屬衍生物、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。較佳金屬包括銀、鋁、金、銅及鎳中之至少一者及其合金或混合物。在一個較佳實施例中，金屬粒子包含銀。在另一個較佳實施例中，金屬粒子包含銀及 鋁。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。在一個實施例中，金屬粒子包含塗佈有一或多種不同金屬或合金之金屬或合金，例如塗佈有鋁之銀粒子或塗佈有銀之銅粒子。
如同玻璃粒子，金屬粒子可展現多種形狀及大小。金屬粒子亦可以不同形狀(例如，球形及片狀)之粒子之組合的形式存在。具有有利於改良之導電性的形狀或形狀組合之金屬粒子為較佳的。在不考慮粒子之表面性質的情況下，一種用以表徵此類形狀之方式為經由以下參數表徵：長度、寬度及厚度。在本發明之上下文中，粒子長度藉由最長空間位移向量之長度給出，該向量之兩個端點均含於該粒子內。粒子寬度藉由垂直於上文所定義之長度向量之最長空間位移向量的長度給出，該向量之兩個端點均含於該粒子內。粒子厚度係由垂直於均在上文所定義之長度向量與寬度向量兩者的最長空間位移向量的長度給出，該向量之兩個端點均含於該粒子內。在一個實施例中，具有儘可能均一之形狀的金屬粒子較佳(亦即，與長度、寬度及厚度相關之比率儘可能接近於1；較佳為至少0.7，更佳至少0.8，且最佳至少0.9，且較佳不超過約1.5，較佳不超過約1.3，且最佳不超過約1.2的形狀)。用於此實施例中之金屬粒子的較佳形狀之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。在另一個實施例中，具有均一性較低之形狀的金屬粒子為較佳的，較佳地其中與長度、寬度及厚度之尺寸相關之比率中的至少一者高於約1.5，更佳高於約3且最佳高於約5。根據此實施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。
較佳的是，金屬粒子之中值粒徑d50(使用與對於玻璃粒子所揭示的相同之方法來量測)為至少約0.1μm，且較佳不超過約10μm，較佳不超過約8μm，更佳不超過約7μm，且最佳不超過約5μm。此外， 金屬粒子之比表面積(使用與對於玻璃粒子所揭示的相同之方法來量測)為至少約0.1m2/g且不超過約10m2/g。根據一個較佳實施例，使用比表面積為至少約0.2m2/g、較佳至少0.5m2/g且同時不超過約5m2/g之銀粉末。
有助於較有利的接觸特性及導電性之額外組分為較佳的。舉例而言，金屬粒子可呈現有表面塗層。此項技術中已知且視為適合於本發明之上下文中的任何此類塗層均可用於金屬粒子上。較佳塗層為促進所得導電膠之黏著特徵的彼等塗層。若此類塗層存在，則按金屬粒子之100%總重量計，該塗層較佳不超過約10重量%，較佳不超過約8重量%，且最佳不超過約5重量%。
有機媒劑
本發明之導電膠亦包含有機媒劑。在一個實施例中，按膠之100%總重量計，有機媒劑以至少約0.01重量%且不超過約50重量%、較佳不超過約30重量%且最佳不超過約20重量%之量存在於導電膠中。
在本發明之上下文中的較佳有機媒劑為基於一或多種溶劑、較佳一或多種有機溶劑之溶液、乳液或分散液，其確保導電膠之組分以溶解、乳化或分散形式存在。較佳有機媒劑為提供導電膠之組分之最佳穩定性且賦予膠允許有效可印刷性之黏度的彼等有機媒劑。
在一個實施例中，有機媒劑包含有機溶劑且視情況包含黏合劑(例如聚合物)、界面活性劑及搖變劑中之一或多者。舉例而言，在一個實施例中，有機媒劑包含有機溶劑中之一或多種黏合劑。
在本發明之上下文中的較佳黏合劑為有助於形成具有有利穩定性、可印刷性、黏度及燒結特性之導電膠的彼等黏合劑。此項技術中已知且視為適合於本發明之上下文中的所有黏合劑均可用作有機媒劑中之黏合劑。較佳黏合劑(其常常屬於稱為「樹脂」之類別)為聚合黏 合劑、單體黏合劑及本身為聚合物與單體之組合的黏合劑。聚合黏合劑亦可為在單個分子中含有至少兩種不同單體單元之共聚物。較佳聚合黏合劑為在聚合物主鏈中載有官能基之彼等聚合黏合劑、在主鏈外載有官能基之彼等聚合黏合劑、及在主鏈內及在主鏈外兩者均載有官能基之彼等聚合黏合劑。在主鏈中載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、在主鏈中載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的共聚物，或其至少兩者之組合。根據一個實施例，黏合劑可為聚乙烯醇縮丁醛或聚乙烯。在主鏈中載有環狀基團之較佳聚合物為例如聚乙烯基丁基化物(PVB)及其衍生物、及聚萜品醇及其衍生物，或其混合物。較佳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，及其至少兩者之混合物。其他較佳聚合物為纖維素酯樹脂，例如乙酸丙酸纖維素、乙酸丁酸纖維素及其任何組合。在主聚合物鏈外載有官能基之較佳聚合物為載有醯胺基之彼等聚合物、載有酸及/或酯基團之彼等聚合物(其常常稱為丙烯酸系樹脂)或載有前述官能基之組合的聚合物，或其組合。在主鏈外載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。在主鏈外載有酸及/或酯基團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。較佳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團之彼等單體黏合劑、具有酯基團之彼等單體黏合劑、或具有醚基團及酯基團之單體黏合劑，其中較佳醚基團為甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基及高 碳數烷基醚，較佳酯基團為乙酸酯及其烷基衍生物，較佳為乙二醇單丁醚單乙酸酯或其混合物。烷基纖維素(較佳乙基纖維素)、其衍生物及其與來自前述黏合劑清單或另外之其他黏合劑的混合物在本發明之上下文中為最佳黏合劑。按有機媒劑之100%總重量計，黏合劑可以至少約0.1重量%且較佳至少約0.5重量%之量存在。同時，按有機媒劑之100%總重量計，黏合劑可以不超過約10重量%、較佳不超過約8重量%且更佳不超過約7重量%之量存在。
較佳溶劑為在燒製期間以顯著程度自膠移除之組分。較佳地，其在燒製之後呈現的絕對重量與在燒製之前相比較降低至少約80%，較佳與在燒製之前相比較降低至少約95%。較佳溶劑為有助於有利黏度、可印刷性、穩定性及燒結特徵之彼等溶劑。此項技術中已知且視為適合於本發明之上下文中的所有黏合劑均可用作有機媒劑中之溶劑。較佳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彼等溶劑，較佳為沸點高於約90℃且熔點高於約-20℃之彼等溶劑。較佳溶劑為極性或非極性，質子或非質子，芳族或非芳族的。較佳溶劑為單醇、二醇、聚醇、單酯、二酯、聚酯、單醚、二醚、聚醚；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、芳族基團、不飽和鍵、一或多個O原子經雜原子置換之醇基團、一或多個O原子經雜原子置換之醚基團、一或多個O原子經雜原子置換之酯基團的溶劑；及前述溶劑中之兩者或兩者以上的混合物。在此上下文中之較佳酯為己二酸之二烷基酯，其中較佳烷基成分為甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基及高碳數烷基或兩種不同此類烷基之組合；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。在此上下文中之較佳醚為二醚，較佳為乙二醇之二烷基醚，其中較佳烷基成分為甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基及高碳數 烷基或兩種不同此類烷基之組合；及兩種二醚之混合物。在此上下文中之較佳醇為一級、二級及三級醇，較佳為三級醇，其中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。組合一種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(常稱為十二醇酯(texanol))及其衍生物；2-(2-乙氧基乙氧基)乙醇(常稱為卡必醇(carbitol))；其烷基衍生物，較佳甲基、乙基、丙基、丁基、戊基及己基卡必醇，較佳己基卡必醇或丁基卡必醇；及其乙酸酯衍生物，較佳丁基卡必醇乙酸酯；或前述中至少兩者之混合物。按有機媒劑之100%總重量計，有機溶劑可以至少約60重量%、且更佳至少約70重量%、且最佳至少約80重量%之量存在。同時，按有機媒劑之100%總重量計，有機溶劑可以不超過約99重量%、更佳不超過約95重量%之量存在。
有機媒劑亦可包含一或多種界面活性劑及/或添加劑。較佳界面活性劑為有助於形成具有有利的穩定性、可印刷性、黏度及燒結特性之導電膠的彼等界面活性劑。此項技術中已知且視為適合於本發明之上下文中的所有界面活性劑均可用作有機媒劑中之界面活性劑。較佳界面活性劑為基於直鏈、分支鏈、芳族鏈、氟化鏈、矽氧烷鏈、聚醚鏈及其組合之彼等界面活性劑。較佳界面活性劑包括(但不限於)單鏈、雙鏈或多鏈聚合物。較佳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。較佳界面活性劑可為聚合物及單體或其混合物。較佳界面活性劑可具有顏料親和基團，其較佳為具有顏料親和基團之羥基官能羧酸酯(例如，由BYK USA,Inc.製造之DISPERBYK®-108)、具有顏料親和基團之丙烯酸酯共聚物(例如，由BYK USA,Inc.製造之DISPERBYK®-116)、具有顏料親和基團之改性聚醚(例如，由Evonik Tego Chemie GmbH製造之TEGO® DISPERS 655)、其他具有顏料親和力較高之基團的界面活性劑(例如，由Evonik Tego Chemie GmbH製造之TEGO® DISPERS 662 C)。不在以上清單中之其他較佳聚合物包括(但不限於)聚氧化乙烯、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。較佳聚乙二醇衍生物為聚(乙二醇)乙酸。較佳烷基羧酸為具有完全飽和烷基鏈之彼等烷基羧酸、及具有單不飽和或多不飽和烷基鏈之彼等烷基羧酸，或其混合物。具有飽和烷基鏈之較佳羧酸為烷基鏈長度介於約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)或其鹽或混合物。具有不飽和烷基鏈之較佳羧酸為C18H34O2(油酸)及C18H32O2(亞麻油酸)。較佳單體界面活性劑為苯并三唑及其衍生物。若存在，則按有機媒劑之100%總重量計，界面活性劑可為至少約0.01重量%。同時，按有機媒劑之100%總重量計，界面活性劑較佳不超過約10重量%，較佳不超過約8重量%，且更佳不超過約6重量%。
有機媒劑中之較佳添加劑為不同於前述組分且有助於導電膠之有利特性的彼等材料，該等特性諸如有利黏度、可印刷性、穩定性及燒結特徵。可使用此項技術中已知且視為適合於本發明之上下文中的添加劑。較佳添加劑包括(但不限於)搖變劑、黏度調節劑、穩定劑、無機添加劑、增稠劑、乳化劑、分散劑及pH調節劑。較佳搖變劑包括(但不限於)羧酸衍生物，較佳為脂肪酸衍生物，或其組合。較佳脂肪酸衍生物包括(但不限於)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)及其組合。在此上下文中，包含脂肪酸之較佳組合為蓖麻油。
添加劑
根據另一個實施例，導電膠可包括不同於導電粒子、玻璃及有 機媒劑之添加劑。較佳添加劑有助於導電膠、其所產生之電極或所得太陽能電池之增加的效能。此項技術中已知且視為適合於本發明之上下文中的所有添加劑均可用作導電膠中之添加劑。較佳添加劑包括(但不限於)搖變劑、黏度調節劑、乳化劑、穩定劑或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。無機添加劑為最佳的。較佳無機添加劑包括(但不限於)鹼金屬及鹼土金屬；過渡金屬，諸如鎳、鋯、鈦、錳、錫、釕、鈷、鐵、銅及鉻、鎢、鉬、鋅；後過渡金屬，諸如硼、矽、鍺、碲、釓、鉛、鉍、銻；稀土金屬，諸如鑭、鈰；氧化物；混合金屬氧化物；絡合化合物；或由彼等氧化物形成之非晶形或部分結晶玻璃；或其至少兩者之任何組合；較佳為鉍、鋅、銻、錳、鎂、鎳、鎢、鹼金屬及鹼土金屬、碲及釕或其至少兩者之組合；其氧化物；可在燒製時生成彼等金屬氧化物或玻璃之化合物；或前述金屬中之至少兩者的混合物；前述氧化物中之至少兩者的混合物；可在燒製時生成彼等金屬氧化物、混合金屬氧化物、化合物或非晶形或部分玻璃的前述化合物中之至少兩者的混合物；或上文所提及中的任一者中之兩者或兩者以上之混合物。
若存在，則按膠之100%總重量計，導電膠組合物可包括至少約0.1重量%之添加劑。同時，按膠之100%總重量計，膠較佳包括不超過約10重量%、較佳不超過約5重量%且更佳不超過約2重量%之一或多種添加劑。
形成導電膠組合物
為了形成導電膠組合物，可使用此項技術中已知用於製備膠組合物之任何方法來將玻璃組合物與導電金屬粒子及有機媒劑組合。製備之方法並非至關重要的，只要其產生均勻分散之膠即可。組份可諸如用混合器混合，隨後穿過例如三輥研磨機以製成分散之均一膠。
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，太陽能電池係由半導體基板(例如矽晶圓)及根據本文所描述之實施例中之任一者的導電膠組合物形成。
在另一態樣中，本發明係關於一種太陽能電池，其藉由以下方法來製備，該方法包含向半導體基板施用根據本文所描述之實施例中之任一者的導電膠組合物及燒製該半導體基板。
矽晶圓
較佳晶圓在太陽能電池之其他區中具有能夠以高效率吸收光以產生電子-電洞對且以高效率跨邊界(較佳跨p-n接面邊界)分離電洞與電子之區。較佳晶圓為包含由前摻雜層及背摻雜層組成之單個主體的彼等晶圓。
較佳地，晶圓包含恰當地摻雜之四價元素、二元化合物、三元化合物或合金。在此上下文中之較佳四價元素為矽、Ge或Sn，較佳為矽。較佳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。四價元素之較佳組合為兩種或兩種以上選自矽、鍺、錫或碳之元素的組合，較佳為SiC。第III族元素與第V族元素之較佳二元化合物為GaAs。根據一個較佳實施例，晶圓為矽。明確提及矽之前述描述亦適用於本文所描述之其他晶圓組合物。
p-n接面邊界位於晶圓之前摻雜層與背摻雜層之相接處。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收或電洞供給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。根據一個較佳實施例，藉由首先提供經摻雜矽基板且隨後向該基板之一個面施用相反類型之摻雜層來製備具有p-n接面邊界之晶圓。
經摻雜矽基板為此項技術中熟知的。經摻雜矽基板可藉由此項技術中已知且據認為適合於本發明的任何方法來製備。矽基板之較佳來源為單晶矽、多晶矽、非晶矽及升級冶金矽，最佳為單晶矽或多晶矽。摻雜以形成經摻雜矽基板可藉由在製備該矽基板期間添加摻雜劑來同時進行，或其可在後續步驟中進行。在製備矽基板後之摻雜可例如藉由氣體擴散磊晶法來進行。經摻雜矽基板亦可容易地購得。根據一個實施例，矽基板之初始摻雜可藉由向矽混合物中添加摻雜劑來與其形成同時進行。根據另一個實施例，前摻雜層及高度摻雜背層(若存在)之施用可藉由氣相磊晶法來進行。氣相磊晶法較佳在至少約500℃、較佳至少約600℃且最佳至少約650℃之溫度下進行。同時，氣相磊晶法較佳在不超過約900℃、更佳不超過約800℃且最佳不超過約750℃之溫度下進行。磊晶法亦較佳在至少2kPa、較佳至少約10kPa且最佳至少約30kPa之壓力下進行。同時，磊晶法在不超過約100kPa、較佳不超過約80kPa且最佳不超過約70kPa之壓力下進行。
此項技術中已知，矽基板可展現多種形狀、表面紋理及大小。僅舉幾例，基板之形狀可包括立方體、圓盤、晶圓及不規則多面體。根據一個較佳實施例，晶圓為具有兩個類似、較佳相同之維度及顯著小於其他兩個維度之第三維度的立方體。第三維度可比前兩個維度小至少100倍。
此外，多種表面類型為此項技術中已知的。在一個實施例中，具有粗糙表面之矽基板較佳。一種評定基板粗糙度之方式為評估基板之次表面的表面粗糙度參數，該次表面比基板之總表面積小，較佳小於總表面積的約百分之一，且其基本上為平面的。表面粗糙度參數值藉由次表面面積與理論表面面積之比率給出，該理論表面藉由將該次表面投影至藉由使均方移位最小化而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指示表面較粗糙、較不規則，且較低表 面粗糙度參數值指示表面較平滑、較平坦。矽基板之表面粗糙度較佳經改良以便產生大量因素之間的最佳平衡，該等因素包括(但不限於)光吸收及對表面之黏著性。
可改變矽基板之兩個較大維度以適合所得太陽能電池所需之應用。矽晶圓之厚度較佳為至少約0.01mm。同時，該厚度較佳不超過約0.5mm，更佳不超過約0.3mm，且最佳不超過約0.2mm。根據一個實施例，矽晶圓之最小厚度可為0.01mm。
前摻雜層較佳比背摻雜層薄。亦較佳地，前摻雜層之厚度至少約0.1μm，且不超過約10μm，較佳不超過約5μm，且最佳不超過約2μm。
高度摻雜層可施用於矽基板之背面上背摻雜層與任何其他層之間。此類高度摻雜層具有與背摻雜層相同之摻雜類型，且此類層通常用+標示(n+型層施用於n型背摻雜層上且p+型層施用於p型背摻雜層上)。此高度摻雜背層用以輔助金屬化及改良導電特性。若存在，則高度摻雜背層之厚度較佳為至少約1μm，且不超過約100μm，較佳不超過約50μm，且最佳不超過約15μm。
摻雜劑
較佳摻雜劑為在添加至矽晶圓中時藉由將電子或電洞引入能帶結構中來形成p-n接面邊界的摻雜劑。較佳的是，特定選擇此等摻雜劑之特性及濃度以便視需要調諧p-n接面之能帶結構概況且設定光吸收及導電性概況。較佳p型摻雜劑為向矽晶圓能帶結構中添加電洞之彼等p型摻雜劑。此項技術中已知且視為適合於本發明之上下文中的所有摻雜劑均可用作p型摻雜劑。較佳p型摻雜劑包括(但不限於)三價元素，尤其為週期表之第13族的彼等三價元素。較佳的週期表之第13族元素包括(但不限於)硼、鋁、鎵、銦、鉈或其至少兩者之組合，其中硼尤其較佳。
較佳n型摻雜劑為向矽晶圓能帶結構中添加電子之彼等n型摻雜劑。此項技術中已知且視為適合於本發明之上下文中的所有摻雜劑均可用作n型摻雜劑。較佳n型摻雜劑包括(但不限於)週期表之第15族元素。較佳第15族元素包括(但不限於)氮、磷、砷、銻、鉍或其至少兩者之組合，其中磷尤其較佳。
如上文所描述，p-n接面之各摻雜水準可變化，以便調諧所得太陽能電池之所要特性。
根據某些實施例，半導體基板(亦即，矽晶圓)展現高於約60Ω/□，諸如高於約65Ω/□、70Ω/□、90Ω/□、95Ω/□或100Ω/□之薄層電阻。
太陽能電池結構
本發明之一個態樣為可自本發明之方法獲得之太陽能電池。較佳太陽能電池為就入射光之總能量轉化為電能輸出之比例而言具有高效率之彼等太陽能電池。輕型且耐久之太陽能電池亦較佳。在最低限度下，太陽能電池通常包括：(i)前電極，(ii)前摻雜層，(iii)p-n接面邊界，(iv)背摻雜層及(v)焊接墊。太陽能電池亦可包括用於化學/機械保護之額外層。
抗反射層
抗反射層可在將電極應用於太陽能電池前表面之前作為外層施用。較佳抗反射層為降低由前表面反射之入射光比例且增加穿過該前表面待由晶圓吸收之入射光比例的彼等抗反射層。產生有利吸收/反射比、易由導電膠蝕刻、另外對燒製導電膠所需之溫度具抗性且不使電極界面附近電子與電洞之再結合增加的抗反射層為較佳的。可採用此項技術中已知且視為適合於本發明之上下文中的所有抗反射層。較佳抗反射層包括(但不限於)SiNx、SiO2、Al2O3、TiO2或其至少兩者之混合物及/或其至少兩個層之組合。根據一個較佳實施例，抗反射層 為SiNx，尤其在採用矽晶圓的情況下。
抗反射層之厚度適合於適當光之波長。根據本發明之一個較佳實施例，抗反射層之厚度為至少約20nm，較佳至少約40nm，且最佳至少約60nm。同時，該厚度較佳不超過約300nm，較佳不超過約200nm，且最佳不超過約90nm。
鈍化層
一或多個鈍化層可作為外層施用於矽晶圓之前側及/或背側。一或多個鈍化層可在前電極形成之前或在施用抗反射層(若存在抗反射層)之前施用。較佳鈍化層為在電極界面附近減小電子/電洞再結合速率之彼等鈍化層。可採用此項技術中已知且視為適合於本發明之上下文中的任何鈍化層。較佳鈍化層包括(但不限於)氮化矽、二氧化矽及二氧化鈦。根據一個較佳實施例，使用氮化矽。鈍化層之厚度較佳為至少0.1nm，較佳至少約10nm，且最佳至少約30nm。同時，鈍化層較佳不超過約2μm，更佳不超過約1μm，且最佳不超過約200nm。
額外保護層
除上文所描述的直接有助於太陽能電池之基本功能的層之外，可添加其他層以用於機械及化學保護。
可對電池進行囊封以提供化學保護。可採用此項技術中熟知之囊封及適合於本發明之任何囊封。根據一個較佳實施例，若此類囊封存在，則使用常稱為透明熱塑性樹脂之透明聚合物作為囊封材料。較佳透明聚合物包括(但不限於)矽橡膠及聚乙烯乙酸乙烯酯(PVA)。
亦可向太陽能電池前部添加透明玻璃薄片以對電池前表面提供機械保護。透明玻璃薄片為此項技術中熟知的，且可採用任何適合之透明玻璃薄片。
可向太陽能電池背面添加背保護材料以提供機械保護。背保護材料為此項技術中熟知的，且可採用任何適合之背保護材料。較佳背 保護材料為具有良好機械特性及耐候性之彼等背保護材料。較佳背保護材料為具有聚氟乙烯層之聚對苯二甲酸伸乙酯。背保護材料較佳存在於囊封層之下方(在背保護層與囊封兩者均存在之情況下)。
可向太陽能電池外側添加框架材料以提供機械支撐。框架材料為此項技術中熟知的，且可採用視為適合於本發明之上下文中的任何框架材料。較佳框架材料為鋁。
製備太陽能電池之方法
太陽能電池可藉由將導電膠組合物施用於半導體基板(諸如矽晶圓)前側上之抗反射塗層(諸如氮化矽、氧化矽、氧化鈦或氧化鋁)上以形成前側電極來製備。隨後將背側導電膠施用於太陽能電池之背側以形成焊接墊。導電膠可以此項技術中已知且視為適合於本發明之上下文中的任何方式施用。實例包括(但不限於)浸漬、蘸塗(dipping)、傾倒、滴落、注入、噴灑、刮刀塗佈、簾式塗佈、刷塗或印刷，或其至少兩者之組合。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。較佳的是，導電膠藉由印刷施用，較佳藉由網版印刷。特定言之，網版較佳具有直徑為至少約10μm、更佳至少約15μm、更佳至少約20μm且最佳至少約25μm之指線開口。同時，指線開口直徑較佳不超過約100μm，更佳不超過約80μm，且最佳不超過約70μm。
隨後將鋁膠施用於基板背側，使其與由背側導電膠形成的焊接墊之邊緣重疊，以形成BSF。隨後根據由基板及導電膠之組成所決定的適當概況來燒製基板。
進行燒製以燒結印刷電極及焊接墊以便形成固體導電體。燒製為此項技術中熟知的，且可以視為適合於本發明之上下文中的任何方式來實現。較佳的是，燒製在高於玻璃組合物之Tg下進行。
對燒製設定之最高溫度低於約900℃，較佳低於約860℃。已採 用低至約820℃之燒製溫度以獲得太陽能電池。通常設定燒製溫度概況以便使來自導電膠組合物之有機黏合劑材料以及所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於空氣或含氧氛圍中進行。燒製較佳在快速燒製製程中進行，其中總燒製時間在約30秒至約3分鐘範圍內，更佳在約30s至約2分鐘範圍內，且最佳在約40s至約1分鐘範圍內。高於600℃之時間最佳在約3至7s範圍內。基板可達至介於約700℃至900℃範圍內之峰值溫度持續約1至5s之時段。燒製亦可以較高輸送速率進行，例如約100-500cm/min，其中所得滯留時間為約0.05至5分鐘。可使用多個溫度區(例如3-12個區)來控制所要熱分佈。
前面及背面上之導電膠的燒製可同時或依序進行。若施用於兩個面上之導電膠具有類似、較佳相同之最佳燒製條件，則同時燒製為適當的。若適當，則較佳同時進行燒製。在燒製依序進行的情況下，背導電膠較佳首先施用及燒製，隨後將導電膠施加於前表面且燒製。
可用連接至來自Despatch之晶圓測試總成(Wafer Test Assembly)1-T/C 156mm SQ(零件號DES-300038)的來自Datapaq Ltd.,Cambridge,UK之Datapaq DQ 1860 A資料記錄儀量測燒製製程之溫度概況。資料記錄儀受來自Datapaq Ltd.,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在燒製鍋爐之帶上，以使得燒製製程之溫度概況量測值得到精確量測。屏蔽之資料記錄儀以約50cm之距離跟隨晶圓測試總成後面，以便不影響溫度概況穩定性。藉由資料記錄儀記錄資料，且隨後使用具有來自Datapaq Ltd.,Cambridge,UK之Datapaq Insight Reflow Tracker V7.05軟體之電腦對其進行分析。
量測導電膠之效能
為量測太陽能電池之效能，進行標準電學測試。使用來自Halm Elektronik GmbH之商業IV-測試儀「cetisPV-CTL1」來表徵其上印刷有前側與背側膠兩者之樣品太陽能電池。在電學量測期間，量測設備之所有部分以及待測試之太陽能電池均保持於25℃下。在實際量測期間，此溫度始終藉由溫度探針同時在電池表面上量測。Xe電弧燈以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，在短時間段內使該燈快閃若干次，直至其達至由IV-測試儀之「PVCTControl 4.260.0」軟體所監測的穩定水準為止。Halm IV測試儀使用多點接觸法量測電流(I)及電壓(V)以確定電池之IV曲線。為此，將太陽能電池以使得探針指與電池之匯流排接觸的方式置放於多點接觸探針之間。接觸探針線之數目根據電池表面上匯流排之數目來調節。所有電學值均藉由所實施之軟體套件直接自此曲線自動確定。作為參考標準，測試來自ISE Freiburg的由相同面積尺寸、相同晶圓材料組成且使用相同前側佈局加工之校準太陽能電池，且將資料與認定值相比較。量測至少五個以極其相同方式加工之晶圓，且藉由計算各值之平均值來解釋資料。軟體PVCTControl 4.260.0提供效率、填充因數、短路電流、串聯電阻及開路電壓之值。
比接觸電阻可在溫度為22±1℃之空調房間中量測，其中所有設備及材料在進行量測之前平衡。為了量測矽太陽能電池前摻雜層上之經燒製銀電極的比接觸電阻，可使用來自GP Solar GmbH的配備有套裝軟體「GP-4 Test 1.6.6 Pro」之「GP4-Test Pro」。此裝置應用4點量測原理，且藉由轉移長度方法(transfer length method，TLM)估計比接觸電阻。為量測比接觸電阻，垂直於晶圓之印刷指線切割兩個一厘米(1cm)寬之晶圓條帶。各條帶之確切寬度藉由精確度為0.05mm之測微計量測。經燒製銀指狀物之寬度用來自Keyence Corp.的配備有寬範圍變焦透鏡VH-Z100R之數位顯微鏡「VHX-600D」在條帶上之三個(3個)不同點處量測。在各點上，藉由2點量測測定寬度十次。指狀物寬 度值為所有30個量測值之平均值。指狀物寬度、條帶寬度及印刷指狀物彼此之距離由套裝軟體用以計算比接觸電阻。量測電流設定為14mA。安裝適合於接觸六個(6個)相鄰指線之多觸點量測頭端(零件號04.01.0016)且使其與六個(6個)相鄰指狀物接觸。量測在均等分佈於各條帶上之五個(5個)點上進行。在起始量測之後，軟體對於條帶上之各點確定比接觸電阻值(mΩ*cm2)。將所有十個點之平均值視為比接觸電阻之值。
太陽能電池模組
本發明之另一態樣為一種太陽能電池模組，其由本發明之太陽能電池形成。複數個太陽能電池可在空間上互連且電互連配置以形成稱為模組之集體配置。較佳模組可具有多種配置，較佳為稱為太陽電池板之矩形配置。多種電連接太陽能電池之方式以及多種以機械方式配置及固定此類電池以形成集體配置的方式為此項技術中熟知的。可採用此項技術中已知且視為適合於本發明之上下文中的任何此類方法。較佳方法為產生較低質量與功率輸出比、較低體積與功率輸出比及較高耐久性之彼等方法。鋁為用於機械固定太陽能電池之較佳材料。
實例 實例1
一組四種例示性玻璃組合物(G1-G4)各自根據如下表1中所闡述之配方來製備。所有量均以按玻璃組合物之100%總重量計的重量百分比形式提供。在一些情況下，使用可熱分解成氧化物之碳酸鋰(Li2CO3)、碳酸鈉(Na2CO3)或其他含鋰或含鈉化合物作為起始材料。
使用熔融及驟冷製程來形成玻璃，從而使起始材料以粉末形式按預定量混合。隨後在空氣中或在含氧氛圍中加熱混合物以形成熔體，隨後使該熔體驟冷。隨後對經驟冷之玻璃進行研磨、滾珠碾磨及/或篩檢，以便提供具有所要粒度之混合物。
隨後將約2.5重量%的例示性玻璃組合物中之每一者與約88重量%之銀粉末及約9.5重量%之有機媒劑組合(按膠組合物之100%總重量計)以形成例示性膠P1-P4。一旦混合膠達至均一稠度，使用具有360目不鏽鋼絲(約16μm鋼絲直徑及15μm EOM)之網版將該膠網版印刷至薄層電阻為90Ω/□之空白多晶矽晶圓的前側。使用市售之背側膠以形成焊接墊，其延伸橫越電池之全長且為約4mm寬。接著，將市售之鋁背側膠印刷遍及電池後側之其餘區域以形成鋁BSF。隨後在適當溫度下使電池乾燥。隨後在大致700℃至975℃之峰值溫度下燒製具有經印刷之前側及背側膠的矽基板。
膠P1-P4之導電效能闡述於下表2中。在三種標準光強度(Rs3，mΩ)下之效率(η，%)、填充因數(FF，%)及串聯電阻均根據本文所闡述之參數來計算。
實例2
另一組例示性玻璃組合物(G5-G8)各自根據闡述於下表3中之配方來製備。所有量均以按玻璃組合物之100%總重量計的重量百分比形 式提供。玻璃組合物藉由闡述於實例1中之方法來形成。
隨後將約2.5重量%的例示性玻璃組合物中之每一者與約88重量%之銀粉末及約9.5重量%之有機媒劑組合(按膠組合物之100%總重量計)以形成例示性膠P5-P8，且如實例1中所描述進行混合、印刷及燒製。
膠P5-P8之導電效能闡述於下表4中。在三種標準光強度(Rs3，mΩ)下之效率(η，%)、填充因數(FF，%)及串聯電阻均根據本文所闡述之參數來計算。
實例3
另一組例示性玻璃組合物(G9-G18)各自根據闡述於下表5中之配方來製備。所有量均以按玻璃組合物之100%總重量計的重量百分比形式提供。玻璃組合物藉由闡述於實例1中之方法來形成。
隨後將約2.5重量%的例示性玻璃組合物中之每一者與約88重量%之銀粉末及約9.5重量%之有機媒劑組合(按膠組合物之100%總重量計)以形成例示性膠P9-P18，且如實例1中所描述進行混合、印刷及燒製。
膠P9及P17之導電效能闡述於下表6中。在三種標準光強度(Rs3，mΩ)下之效率(η，%)、填充因數(FF，%)及串聯電阻均根據本文所闡述之參數來計算。
實例4
另一組例示性玻璃組合物(G19-G26)各自根據闡述於下表7中之配方來製備。玻璃組合物藉由闡述於實例1中之方法來形成。
隨後將約2.5重量%的例示性玻璃組合物中之每一者與約88重量%之銀粉末及約9.5重量%之有機媒劑組合(按膠組合物之100%總重量計)以形成例示性膠P19-P26，且如實例1中所描述進行混合、印刷及燒製。
本發明之此等優點及其他優點對於熟習此項技術者而言將自前述說明書顯而易見。因此，熟習此項技術者將認識到，可在不背離本發明之廣泛發明概念的情況下對上述實施例進行變化或修改。任何特定實施例之具體尺寸僅出於說明之目的描述。因此應理解，本發明並 非限制於本文所描述之特定實施例，而意欲包括處於本發明之範疇及精神範圍內的所有變化及修改。
實例5
另一對玻璃組合物(G27-G28)各自根據闡述於下表8中之配方來製備。玻璃組合物藉由闡述於實例1中之方法來形成。
隨後將約2.5重量%的例示性玻璃組合物中之每一者與約88重量%之銀粉末及約9.5重量%之有機媒劑組合(按膠組合物之100%總重量計)以形成例示性膠P27-P28，且如實例1中所描述進行混合、印刷及燒製。
膠P27及P28之導電效能闡述於下表9中。在三種標準光強度(Rs3，mΩ)下之效率(η，%)、填充因數(FF，%)及串聯電阻根據本文所闡述之參數來計算。

Claims (17)

  1. 一種導電膠組合物，其包含：導電金屬粒子；至少一種玻璃組合物；及有機媒劑，其中該至少一種玻璃組合物包含TeO2、Bi2O3、氧化鋅(ZnO)及至少一種離子性玻璃改性劑(IGM)，該離子性玻璃改性劑選自由以下組成之群：鹼金屬及其氧化物、鹼土金屬及其氧化物、稀土金屬及其氧化物、及銀化合物，且其中：a)Bi2O3與IGM之重量比在約5-15範圍內；b)Bi2O3與ZnO之重量比在約1-4範圍內；c)ZnO與IGM之重量比在約0.1-10範圍內；且d)按該玻璃組合物之總重量計，IGM及/或ZnO之量大於約1重量%。
  2. 如請求項1之導電膠組合物，其中(a)IGM與(b)Bi2O3、ZnO及IGM之總和的重量比係在約0.08-0.4範圍內。
  3. 如請求項1或2之導電膠組合物，其中TeO2與Bi2O3之重量比係在約2.5-4.0範圍內。
  4. 如請求項1至3中任一項之導電膠組合物，其中按該玻璃組合物之總重量計，TeO2、Bi2O3、ZnO及IGM之總量係超過約97重量%。
  5. 如請求項1至4中任一項之導電膠組合物，其中該至少一種玻璃組合物包含按該玻璃組合物之總重量計約40-90重量%、較佳約50-90重量%且最佳約60-80重量%之TeO2。
  6. 如請求項1至5中任一項之導電膠組合物，其中該至少一種玻璃 組合物包含按該玻璃組合物之總重量計約10-40重量%、較佳約10-30重量%且最佳約20-30重量%之Bi2O3。
  7. 如請求項1至6中任一項之導電膠組合物，其中該至少一種玻璃組合物包含按該玻璃組合物之總重量計約1-20重量%之ZnO、較佳約1-15重量%且最佳約1-10重量%之ZnO。
  8. 如請求項1至7中任一項之導電膠組合物，其中該至少一種玻璃組合物包含按該玻璃組合物之總重量計約1-20重量%之IGM、較佳約1-10重量%之IGM、且最佳約1-5重量%之IGM。
  9. 如請求項1至8中任一項之導電膠組合物，其中該至少一種玻璃組合物包含按該玻璃組合物之總莫耳數計約1-30莫耳%、較佳約10-25莫耳%且最佳約15-20莫耳%之IGM。
  10. 如請求項1至9中任一項之導電膠組合物，其中該至少一種IGM為氧化鋰(Li2O)。
  11. 如請求項10之導電膠組合物，其中(a)Bi2O3與(b)Bi2O3、ZnO及Li2O之總和的重量比係小於約0.75。
  12. 如請求項1至11中任一項之導電膠組合物，其中該膠包含按該膠之100%總重量計至少約50重量%之金屬粒子，較佳至少約60重量%、更佳至少約70重量%且最佳至少約80重量%且不超過約95重量%之金屬粒子。
  13. 一種太陽能電池，其係藉由將如請求項1至12中任一項之導電膠組合物施用於矽晶圓上及燒製該矽晶圓來產生。
  14. 如請求項13之太陽能電池，其中該導電膠組合物係施用於該矽晶圓表面上之抗反射塗層上。
  15. 一種太陽能電池模組，其包含至少一個電互連的如請求項13或14之太陽能電池。
  16. 一種產生太陽能電池之方法，其包含以下步驟： 提供具有前側及背側之矽晶圓；將如請求項1至12中任一項之導電膠組合物施用於該矽晶圓上；及燒製該矽晶圓。
  17. 如請求項16之產生太陽能電池之方法，其中該導電膠組合物係施用於該矽晶圓之該前側。
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