WO2013115676A1 - Токопроводящая серебряная паста для тыльного электрода солнечного элемента - Google Patents

Токопроводящая серебряная паста для тыльного электрода солнечного элемента Download PDF

Info

Publication number
WO2013115676A1
WO2013115676A1 PCT/RU2012/000777 RU2012000777W WO2013115676A1 WO 2013115676 A1 WO2013115676 A1 WO 2013115676A1 RU 2012000777 W RU2012000777 W RU 2012000777W WO 2013115676 A1 WO2013115676 A1 WO 2013115676A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
paste
silver powder
mass
particle size
silver
Prior art date
Application number
PCT/RU2012/000777
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Мария Александровна ПОНОМАРЕНКО
Нина Ивановна ШАЛЬКО
Александра Александровна БУЛГАКОВА
Андрей Юрьевич ПОНОМАРЕНКО
Сергей Владимирович ВИТЮК
Original Assignee
Закрытое Акционерное Общество "Монокристалл"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Закрытое Акционерное Общество "Монокристалл" filed Critical Закрытое Акционерное Общество "Монокристалл"
Priority to DE112012005812.7T priority Critical patent/DE112012005812B4/de
Publication of WO2013115676A1 publication Critical patent/WO2013115676A1/ru

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/20—Conductive material dispersed in non-conductive organic material
    • H01B1/22—Conductive material dispersed in non-conductive organic material the conductive material comprising metals or alloys
    • 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
    • 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

Definitions

  • the invention relates to thick-film microelectronics, in particular to materials for the manufacture of electrically conductive layers by screen printing, and can be used in the manufacture of silicon solar cells to form a back electrode on p-type silicon substrates.
  • Semiconductor solar cells are made from a semiconductor material, such as silicon, which converts sunlight into usable electrical energy. Contacts on the front and
  • Conductive paste for the manufacture of rear contacts of solar cells contains finely divided metal powder (70-80 wt.%), Inorganic frit (1-5 wt.%) And
  • the metal powder used is: silver, aluminum, copper, gold, nickel, cobalt, palladium, tin, etc., as well as their alloys and various combinations.
  • the composition includes: conductive silver powder 65- 75 wt.%, Glass frit 0.01-10 wt.%, Preferably 0.5-7 wt.%, More preferably 1-5 wt.%, Organic binder 20-34.9 wt.%.
  • the shape of the powder particles spherical or flat, average particle size D50 0.3-1, 5 ⁇ m, D MaK c 4.5 ⁇ m, D MMH 0.1 ⁇ m.
  • Glass fiber has the composition Bi 2 0 3 - 20-30 mol%, Si0 2 - 25-35 mol%, Al 2 0 3 - 5-15 mol%, B 2 0 3 - 20-40 mol%, SrO - 1-10 ol%, softening temperature preferably 400 or 500 ° C.
  • a disadvantage of the known composition is a rather high content of silver powder, as a result of which the paste consumption during printing increases and the cost of the finished product increases.
  • the closest set of essential features to the claimed invention — the prototype — is a silver paste for the back electrode of a silicon solar cell (publication of international application Ns publ. WO2011066300, class IPC H01 B 1/22, publ. 03.06.2011).
  • the conductive paste includes: silver particles - 50-92 wt.%, Organic binder 20-45 wt.% And glass frit - 0.25-8 wt.%. Two types of glass frit can be used:
  • a disadvantage of the known composition is also a sufficiently high content of silver powder, as a result of which the paste consumption during printing increases and the cost of the finished product increases.
  • the objective of the invention is the development of the composition of conductive paste with a reduced consumption when creating contact on the back side of silicon solar cells, ensuring the preservation of high electrophysical characteristics, improving the rheological and other operational properties of the paste (volt ampere characteristics, adhesion, wetting ability, aggregative stability, etc.).
  • EFFECT reduced paste consumption in the process of screen printing; a decrease in the content of precious metal powders in the paste, which provides improved rheological characteristics and printing properties of the paste, improved adhesive properties.
  • the conductive silver paste for the back electrode of the solar cell includes finely divided silver powder, glass frit and an organic binder; according to the invention, a fine silver powder is used in the paste, the average particle size of which is D50 1, 5-5.0 ⁇ m, in the following ratio of components, in wt.%: silver powder - 45-50; organic binder - 46-52; glass frit - 3-9, and 38-48 wt.% silver powder can have an average particle size of D50 of 2.0-5.0 microns, preferably 2.5-3.0 microns and 2-10 wt.% of silver powder can have the average particle size D50 is 1.5-4.0 microns, preferably 1.5-1.8 microns.
  • the organic binder as a film-forming agent contains ethyl cellulose in an amount of 4-10 wt.%, And the content of glass frit in the conductive paste is preferably in the range of 3-6 wt.%.
  • the present invention uses finely divided silver powder, the average particle size of which is D50 1, 5-5.0 microns. If the average particle size D50 of silver powder exceeds 5.0 microns, then there is a tendency to - a decrease in dynamic viscosity, deterioration of the printing properties of the paste, decrease in the dispersion stability of the paste over time. And vice versa; if the particle size D50 of the powder is less than 1.0 ⁇ m, then its oil absorption increases and, accordingly, the viscosity of the paste increases.
  • 38-48 wt.% Of silver powder can have an average particle size of D50 of 2.0-5.0 microns, preferably 2.5-3.0 microns and 2-10 wt.% Of silver powder can have an average particle size of D50 1 5-4.0 microns, preferably 1-5-1.8 microns. This ratio of powders
  • Organic binder includes ethyl cellulose as a film-forming.
  • solvents 2,2,4-trimethylpentanediol-1, 3-monoisobutyrate, diethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monobutyl ether acetate, terpineol, texanol, ethylene glycol ⁇ -butyl ether, ethyl p-butyl acetate acetate can be used as solvents.
  • composition of the organic binder may use thixotropic agents.
  • 25 helps to improve the adhesion properties of the boring layer by increasing the adhesion of the solid components of the paste at the stage of printing and drying.
  • the content of glass frit in the conductive paste should be in the range of 3-9 wt.%. It is preferable to use up to 6 wt.%.
  • the glass frit content in the composition of the paste in excess of 9% leads to a decrease in the I – V characteristic, which is a consequence of the growth of the specific layer resistance due to an increase in the concentration of the dielectric and an increase in contact resistance, which is explained by the formation between the conductive layer of the paste and the substrate of a thin layer of glass.
  • a glass frit content of less than 3 wt.% Reduces the adhesive properties of the paste to the silicon structure, and is also not sufficient for the formation of contact. A sufficient amount of glass provides sintering of the metal particles and the substrate material to form a contact.
  • Special additives such as surface wetting agents, dispersants, stabilizers / viscosity correctors, can be used in the conductive paste of the present invention.
  • the amount of additives used is determined in accordance with the characteristics of the resulting conductive paste. It is also possible to use several types of additives.
  • the main characteristic of the composition of the silver conductive paste for the rear electrode of the solar cell in accordance with the present invention is the silver content of 45-50 wt.%, which is a pricing factor and very important.
  • FIG. Figure 1 presents graphs reflecting the results of measuring the efficiency of solar cells made using various samples of silver-containing pastes.
  • FIG. Figure 2 shows the process capabilities for the conductive silver paste described in the present invention based on the results of dynamic viscosity measurements.
  • FIG. Figure 3 presents graphs showing the results of measuring the open circuit voltage of solar cells whose back contact is made using various samples of silver-containing pastes.
  • Conductive paste is prepared as follows. 5 a predetermined amount of all the above components is weighed and loaded into a working container, mixed on a mixer until a homogeneous mass is obtained. After that, the paste is homogenized on a three-roll paster until the desired degree of milling is obtained.
  • the degree of milling is carried out using a Hegman grindometer 0 (Germany).
  • the device consists of a measuring plate with a wedge-shaped groove and a scraper. A sample of the paste, in an amount sufficient to fill the entire groove, is placed beyond the upper limit of the scale.
  • the scraper is installed perpendicular to the measuring surface and is moved at an angle of 90 ° for several seconds from a maximum value of 25 scales per zero.
  • Dynamic viscosity is measured on a rotational viscometer system "plate-cone". The principle of operation is based on the dependence of the torque on the viscosity, which causes the sample to resist bias.
  • conductive paste For the preparation of conductive paste used: silver powder with a particle size of 2.5-3 microns and 1, 5-1, 8 microns in a ratio of 5: 1 in 35 wt.%, glass frit in an amount of 6 wt.%, the rest is an organic binder, usually a 10% solution of ethyl cellulose in terpineol or butylcarbitol.
  • organic binder usually a 10% solution of ethyl cellulose in terpineol or butylcarbitol.
  • the conductive paste used silver powder with a particle size of 2.5-3 microns and 1, 5-1, 8 microns in a ratio of 5: 1 in an amount of 45 wt.%, Glass frit in an amount of 6 wt.%,
  • the rest is an organic binder : 10% solution of ethyl cellulose in terpineol or
  • the conductive paste used 25 silver powder with a particle size of 3.5-4 microns in an amount of 50 wt.%, Glass frit in an amount of 6 wt.%, The rest is an organic binder: 10% solution of ethyl cellulose in terpineol or butylcarbitol.
  • the printed, mechanical, and electrophysical properties of the resulting conductive paste are shown in Table 1.
  • conductive paste For the preparation of conductive paste used: silver powder with a particle size of 3.5-4 microns in an amount of 60 wt.%, Glass frit in an amount of 6 wt.%, the rest is an organic binder: 10% solution of ethyl cellulose in terpineol or butylcarbitol.
  • Table 1 The printed, mechanical, and electrophysical properties of the resulting conductive paste are shown in Table 1.
  • the plates after cutting are treated with compounds dissolving silicon with simultaneous polishing.
  • Pyramids 5–20 ⁇ m high are formed on the front surface of the silicon wafer by anisotropic etching. Light falling on
  • n-Si layer 0.2-1 ⁇ m thick is created on the textured surface by diffusion of phosphorus. At the boundary of this layer with p — Si, an pn junction is formed.
  • the p-layer is formed not only on the front side, but also on the ends and on the back side of the plate, which affects the diode characteristics of the element due to high leakage currents.
  • etching or trimming of the ends is used.
  • Antireflection coatings are applied to the front surface of the diode structure. Since in the used spectral range (from 0.35 to 1, 1 ⁇ m), the reflection coefficient of pure silicon is 33-54%, and the optimal single-layer coating reduces the reflection coefficient in this range to about 10%.
  • the most often used are TiN, SiNx layers. The decrease in reflection leads to an increase in both the short circuit current and the open circuit voltage, which in turn increases the conversion efficiency.
  • a silver-containing paste commercially available from Monocrystal CJSC (Russia, Stavropol) was applied to the front surface of the diode structure by screen printing. The screen printing process was carried out using the semi-automatic printer “EKRA X1-SL”.
  • the structures were dried in a JRT conveyor drying unit type DT-040-Rk-X at a temperature of 250 ° C for 30 seconds.
  • Samples of conductive silver paste were applied to the back side of silicon diode structures, followed by drying at a temperature of 200 ° C for 30 seconds.
  • aluminum paste commercially available from Monocrystal CJSC (Russia, Stavropol), was applied to the back side, dried at a temperature of 250 ° C for 30 seconds.
  • the next step was combined burning in a CENTROTHERM furnace type DO-FF-8.600-300 at an actual peak temperature of 810 ° C.
  • the thickness of the conductive layer of the samples of the rear silver-containing pastes was measured using a light section microscope “ ⁇ ” (Germany).
  • the adhesion measurement of silver-containing pastes to a silicon substrate was measured using a GP-STAB TEST-Rgo installation at an angle of 180 °.
  • the measurement principle is based on the dependence of the magnitude of the force required to tear the shank from the paste layer, on the adhesive strength of the contact.
  • brazing materials copper bars with deposited solder of the composition Sn — 96.5% / Ad — 3.5%, and flux of medium activity were used.
  • the conductive pastes have satisfactory dynamic viscosity and the degree of grinding, that is, the necessary printing and technical characteristics are provided, in particular, the rheological behavior in the process of screen printing, meets the requirements, presented to materials for thick-film technology (see also the graph in Fig. 2).
  • the paste samples obtained in Examples 1-3 have a low flow rate, a small layer thickness after burning.
  • the samples obtained in Examples 1 and 2 show a fairly high surface resistance and low adhesion to the silicon substrate.
  • Example 5 showed that a conductive paste with a 60% silver powder content shows a high degree of adhesion, low resistance, but there is an increase in paste consumption and, accordingly, layer thickness.
  • 45-50 wt.% Is the optimal content of silver powder in the paste.
  • FIG. 1 presents graphs reflecting the results of measuring the efficiency of solar cells made using samples of silver-containing pastes described in the Examples. As can be seen from the graph, samples with a silver powder content of 40-50 ° wt.% Do not affect the decrease in the efficiency of the solar cell.
  • FIG. 2 shows the process capabilities for the paste described in the present invention, based on the results of measuring dynamic viscosity.
  • FIG. Figure 3 presents graphs showing the results of measuring the open circuit voltage of solar cells, the rear contact of which is made using the following samples:
  • Sample 1 (45-50 wt.% Silver powder) - claimed in the present invention, the composition;
  • Sample 2 (60 wt.% Silver powder) is one of the most common photovoltaic products on the modern market;
  • Sample 3 (78 wt.% Silver powder) is a commercially available paste of Monocrystal CJSC ( Russia, Stavropol) of the previous generation, containing aluminum powder in its composition.
  • the graph data (Fig. 3) confirm the effect of an increase in open circuit voltage in Sample 1 compared to Samples 2 and 3 (by 0.2-0.3%).
  • the conductive silver paste for the back electrode of a solar cell according to the invention contains a smaller amount of finely divided silver powder, compared to known pastes.
  • This composition of conductive paste provides not only a reduction in paste consumption during screen printing and a reduction in the percentage of precious metals in the paste, but also demonstrates an improvement in the open circuit voltage of the solar cell, as well as good rheological characteristics and printing properties of the conductive paste.
  • the conductive silver paste made in accordance with the invention can be used in the manufacture of silicon solar cells to form a back electrode on p-type silicon substrates.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

Изобретение относится к материалам для изготовления электропроводящих слоев методом трафаретной печати, и может быть использовано в производстве кремниевых солнечных элементов для формирования тыльного электрода на кремниевых подложках р-типа. Токопроводящая серебряная паста для тыльного электрода солнечного элемента включает в себя мелкодисперсный порошок серебра 45-50 мас.%, стеклофритту 3-9 мас.%, предпочтительно 3-6 мас.% и органическое связующее 46-52 мас.%. Порошок серебра имеет средний размер частиц D50 1,5-5,0 мкм, а 38-48 мас.% порошка серебра могут иметь средний размер частиц D50 2,0-5,0 мкм, предпочтительно 2,5-3,0 мкм и 2-10 мас.% порошка серебра могут иметь средний размер частиц D50 1,5-4,0 мкм, предпочтительно 1,5-1,8 мкм. Органическое связующее в качестве пленкообразующего содержит этилцеллюлозу в количестве 4-10 мас.%. Технический результат - уменьшение расхода пасты в процессе трафаретной печати; снижение содержания порошков драгоценных металлов в пасте, что обеспечивает улучшение реологических характеристик и печатных свойств пасты, улучшение адгезионных свойств.

Description

ТОКОПРОВОДЯЩАЯ СЕРЕБРЯНАЯ ПАСТА ДЛЯ ТЫЛЬНОГО
ЭЛЕКТРОДА СОЛНЕЧНОГО ЭЛЕМЕНТА
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
5 Изобретение относится к толстопленочной микроэлектронике, а именно к материалам для изготовления электропроводящих слоев методом трафаретной печати, и может быть использовано в производстве кремниевых солнечных элементов для формирования тыльного электрода на кремниевых подложках р-типа.
ю
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Полупроводниковые солнечные элементы изготавливаются из полупроводникового материала, например, кремния, который преобразует солнечный свет в полезную электрическую энергию. Контакты на лицевой и
15 тыльной поверхности кремниевой подложки могут быть получены нанесением токопроводящей толстопленочной пасты методом трафаретной печати. Токопроводящая паста для изготовления тыльных контактов солнечных элементов, как правило, содержит мелкодисперсный порошок металла (70-80 мас.%), неорганическую фритту (1-5 мас.%) и
20 органическое связующее (15-30 мас.%). В качестве металлического порошка используется: серебро, алюминий, медь, золото, никель, кобальт, палладий, олово и др., а также их сплавы и различные сочетания.
В настоящее время одним из основных требований, предъявляемых к токопроводящим серебросодержащим пастам для тыльного электрода,
25 является снижение содержания драгоценных металлов в пасте, и, как следствие, снижение себестоимости готового продукта. При этом должно обеспечиваться сохранение на прежнем уровне электрофизических параметров и адгезионных характеристик. Также немаловажную роль играет расход пасты в процессе трафаретной печати.
зо Известна композиция электродной пасты для тыльной поверхности солнечного элемента (публикация международной заявки N° публ. WO2011074888, кл. МПК Н01 В 1/16, Н01 В 1/22, H01 L 31/042, опубл. 23.06.2011). Композиция включает: проводящий серебряный порошок 65- 75 мас.%, стеклофритту 0,01-10 мас.%, предпочтительно 0,5-7 мас.%, более предпочтительно 1-5 мас.%, органическое связующее 20-34,9 мас.%. Форма частиц порошка: сферическая или плоская, средний размер частиц D50 0,3-1 ,5 мкм, DMaKc 4,5 мкм, DMMH 0,1 мкм. Стеклофритта имеет состав Bi203 - 20-30 моль%, Si02 - 25-35 моль%, Al203 - 5-15 моль%, В203 - 20-40 моль%, SrO - 1-10 оль%, температура размягчения предпочтительно 400 или 500 °С.
Недостатком известной композиции является достаточно высокое содержание серебряного порошка, вследствие чего повышается расход пасты при печати и увеличивается себестоимость готового продукта.
Наиболее близкой по совокупности существенных признаков к заявляемому изобретению - прототип - является серебряная паста для тыльного электрода кремниевого солнечного элемента (публикация международной заявки Ns публ. WO2011066300, кл. МПК Н01 В 1/22, опубл. 03.06.2011). Токопроводящая паста включает: частицы серебра - 50- 92 мас.%, органическое связующее 20-45 мас.% и стеклофритта - 0,25- 8 мас.%. Может быть использована стеклофритта двух видов:
- с температурой размягчения 550-661 °С, без содержания свинца, включающая 11-33 мас.% Si02, 0-7 мас.% Al203, 2-10 мас.% В203 или
- с температурой размягчения 571-636 °С, содержащая свинец, включающая 53-57 мас.% РЬО, 25-29 мас.% Si02, 2-6 мас.% Al203, 6-9 мас.% В203.
Недостатком известной композиции является также достаточно высокое содержание серебряного порошка, вследствие чего повышается расход пасты при печати и увеличивается себестоимость готового продукта.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задача изобретения - разработка состава токопроводящей пасты со сниженным расходом при создании контакта на тыльной стороне кремниевых солнечных элементов, обеспечивающего сохранение высоких электрофизических характеристик, улучшение реологических и других эксплуатационных свойств пасты (коэффициента заполнения вольт- амперной характеристики, адгезии, смачивающей способности, агрегативной устойчивости и др.).
Технический результат - уменьшение расхода пасты в процессе трафаретной печати; снижение содержания порошков драгоценных металлов в пасте, что обеспечивает улучшение реологических характеристик и печатных свойств пасты, улучшение адгезионных свойств.
Указанный технический результат достигается тем, что токопроводящая серебряная паста для тыльного электрода солнечного элемента включает в себя мелкодисперсный порошок серебра, стеклофритту и органическое связующее; согласно изобретению, в пасте используют мелкодисперсный порошок серебра, средний размер частиц которого составляет D50 1 ,5-5,0 мкм, при следующем соотношении компонентов, в мас.%: порошок серебра - 45-50; органическое связующее - 46-52; стеклофритта - 3-9, причем 38-48 мас.% порошка серебра могут иметь средний размер частиц D50 2,0-5,0 мкм, предпочтительно 2,5-3,0 мкм и 2-10 мас.% порошка серебра могут иметь средний размер частиц D50 1 ,5-4,0 мкм, предпочтительно 1 ,5-1 ,8 мкм. Причем органическое связующее в качестве пленкообразующего содержит этилцеллюлозу в количестве 4- 10 мас.%, а содержание стеклофритты в токопроводящей пасте предпочтительно находится в диапазоне 3-6 мас.%.
В настоящем изобретении используется мелкодисперсный порошок серебра, средний размер частиц которого составляет D50 1 ,5-5,0 мкм. Если средний размер частиц D50 порошка серебра превышает 5,0 мкм, то возникает тенденция к - снижению динамической вязкости, ухудшению печатных свойств пасты, снижению дисперсионной стабильности пасты во времени. И наоборот; если размер частиц D50 порошка менее 1 ,0 мкм, то увеличивается его маслоемкость и, соответственно, повышается вязкость пасты. Такое повышение вязкости требует либо увеличения процентного содержания органического связующего, что в результате приводит к снижению слоевой плотности в окончательном формировании спекаемого проводника и создает тенденцию увеличения электрического сопротивления, либо снижения концентрации пленкообразующего, что негативно сказывается на адгезионных свойствах пасты. з Согласно изобретению 38-48 мас.% порошка серебра могут иметь средний размер частиц D50 2,0-5,0 мкм, предпочтительно 2,5-3,0 мкм и 2- 10 мас.% порошка серебра могут иметь средний размер частиц D50 1 ,5- 4,0 мкм, предпочтительно 1 ,5-1 ,8 мкм. Такое соотношение порошков
5 позволяет достичь оптимальной плотности упаковки частиц, что повышает электропроводность слоя при сохранении необходимых реологических и тиксотропных свойств состава.
Органическое связующее включает в себя этилцеллюлозу в качестве пленкообразующего. В роли растворителей может быть использован 2,2,4- ю триметилпентандиол-1 ,3-моноизобутират, монобутиловый эфир диэтиленгликоля, ацетат монобутилового эфира диэтиленгликоля, терпинеол, тексанол, η-бутиловый эфир этиленгликоля, ацетат п-бутилового эфира этиленгликоля. В настоящем изобретении предпочтительно использование 4-10 мас.% этилцеллюлозы. В качестве добавок в
15 составе органического связующего возможно применение тиксотропных агентов.
Если содержание пленкообразующего в составе органического связующего превышает 10 мас.%, то это приводит к снижению ВАХ за счет увеличения зольного остатка после вжигания с одной стороны, и с другой
20 стороны к резкому ухудшению печатных свойств, что является следствием увеличения вязкости пасты. Однако, органическое связующее с содержанием пленкообразующего ниже 4 мас.%, не обладает требуемыми реологическими свойствами. Кроме этого, оптимизация состава и процентного содержания органических компонентов в заявленной пасте
25 способствует улучшению адгезионных свойств воженного слоя за счет увеличения степени сцепления твердых компонентов пасты на этапе печати и сушки.
Содержание стеклофритты в токопроводящей пасте должно находиться в диапазоне 3-9 мас.%. Предпочтительнее использовать до зо 6 мас.%. Содержание стеклофритты в составе пасты, превышающем 9%, приводит к снижению ВАХ, что является следствием роста удельного слоевого сопротивления, за счет увеличения концентрации диэлектрика и увеличения контактного сопротивления, что объясняется образованием между проводящим слоем пасты и подложкой тонкого слоя стекла. С другой стороны, содержание стеклофритты менее 3 мас.% снижает адгезионные свойства пасты к кремниевой структуре, а также является не достаточным для формирования контакта. Достаточное количество стекла обеспечивает спекание частиц металла и материала подложки для формирования контакта.
В токопроводящей пасте данного изобретения могут быть использованы специальные добавки, такие как смачиватели поверхности, диспергаторы, стабилизаторы/корректоры вязкости. Количество используемых добавок определяется в соответствии с характеристиками полученной токопроводящей пасты. Также возможно использование нескольких типов добавок.
Основная характеристика состава серебряной токопроводящей пасты для тыльного электрода солнечного элемента, в соответствии с настоящим изобретением - это содержание серебра 45-50 мас.%, которая является ценообразующим фактором и очень важна.
Оптимальность количественного состава пасты подтверждается тем, что при введении входящих в нее компонентов в количествах выше или ниже заявляемых пределов не обеспечиваются требуемые эксплуатационные и реологические свойства.
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». КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг. 1 представлены графики, отражающие результаты измерения КПД солнечных элементов, изготовленных с использованием различных образцов серебросодержащих паст.
5 На фиг. 2 показаны возможности процесса для то ко про водя щей серебряной пасты, описанной в настоящем изобретении, исходя из результатов измерения динамической вязкости.
На фиг. 3 представлены графики, показывающие результаты измерения напряжения холостого хода солнечных элементов, тыльный0 контакт которых изготовлен с применением различных образцов серебросодержащих паст.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Токопроводящую пасту готовят следующим образом. Взвешивают 5 заданное количество всех вышеуказанных компонентов и загружают в рабочую емкость, перемешивают на смесителе до получения однородной массы. После этого осуществляется гомогенизация пасты на трехвалковой пастотерке до получения требуемой степени перетира.
Измерение степени перетира проводят при помощи гриндометра 0 Хегмана (Германия). Прибор состоит из измерительной плиты с клинообразным пазом и скребка. Пробу пасты, в количестве, достаточном для заполнения всего паза, помещают за верхний предел шкалы. Скребок устанавливают перпендикулярно к измерительной поверхности и под углом 90° перемещают в течение нескольких секунд от максимального значения 25 шкалы за нуль.
Динамическую вязкость измеряют на ротационном вискозиметре системы «плита-конус». Принцип действия основан на зависимости вращающего момента от вязкости, вызывающей сопротивление образца смещению.
зо
ПРИМЕР 1
Для приготовления токопроводящей пасты использовали: порошок серебра с размером частиц 2,5-3 мкм и 1 ,5-1 ,8 мкм в соотношении 5:1 в количестве 35 мас.%, стеклофритту в количестве от 6 мас.%, остальное - органическое связующее, обычно 10% раствор этилцеллюлозы в терпинеоле или бутилкарбитоле. Печатные, механические и электрофизические свойства полученной токопроводящей пасты приведены 5 в таблице 1.
ПРИМЕР 2
Для приготовления токопроводящей пасты использовали: порошок серебра с размером частиц 3,5-4 мкм в количестве 40 мас.%, стеклофритту ю в количестве 6 мас.%, остальное - органическое связующее: 10% раствор этилцеллюлозы в терпинеоле или бутилкарбитоле. Печатные, механические и электрофизические свойства полученной токопроводящей пасты приведены в таблице 1.
15 ПРИМЕР 3
Для приготовления токопроводящей пасты использовали: порошок серебра с размером частиц 2,5-3 мкм и 1 ,5-1 ,8 мкм в соотношении 5:1 в количестве 45 мас.%, стеклофритту в количестве 6 мас.%, остальное - органическое связующее: 10% раствор этилцеллюлозы в терпинеоле или
20 бутилкарбитоле. Печатные, механические и электрофизические свойства полученной токопроводящей пасты приведены в таблице 1.
ПРИМЕР 4
Для приготовления токопроводящей пасты использовали: порошок 25 серебра с размером частиц 3,5-4 мкм в количестве 50 мас.%, стеклофритту в количестве 6 мас.%, остальное - органическое связующее: 10% раствор этилцеллюлозы в терпинеоле или бутилкарбитоле. Печатные, механические и электрофизические свойства полученной токопроводящей пасты приведены в таблице 1.
зо
ПРИМЕР 5
Для приготовления токопроводящей пасты использовали: порошок серебра с размером частиц 3,5-4 мкм в количестве 60 мас.%, стеклофритту в количестве 6 мас.%, остальное - органическое связующее: 10% раствор этилцеллюлозы в терпинеоле или бутилкарбитоле. Печатные, механические и электрофизические свойства полученной токопроводящей пасты приведены в таблице 1.
5 Исследование свойств вышеописанных образцов проводилось в составе солнечных элементов. Основой традиционного солнечного элемента является пластина монокристаллического или мультикристаллического кремния р-типа проводимости.
Так как после резки на поверхности образуется нарушенный слой ю кремния (неровности, микротрещины) толщиной от 20 до 100 мкм, пластины после резки обрабатывают составами, растворяющими кремний с одновременной полировкой.
На лицевой поверхности кремниевой пластины анизотропным травлением формируются пирамиды, высотой 5-20 мкм. Свет, падающий на
15 боковую поверхность одной из пирамид, отражается на другую пирамиду, что приводит к уменьшению оптических потерь.
На текстурированной поверхности путем диффузии фосфора создается слой n-Si толщиной 0,2-1 мкм. На границе этого слоя с р— Si образуется р-п переход.
20 После диффузии фосфора п- слой образуется не только с фронтальной стороны, но и по торцам и с тыльной стороны пластины, что ухудшает диодные характеристики элемента за счет больших токов утечки. Для увеличения шунтирующего сопротивления по периметру элемента, применяют травление или обрезание торцов.
25 На фронтальную поверхность диодной структуры наносят просветляющие покрытия. Поскольку в используемом спектральном диапазоне (от 0,35 до 1 ,1 мкм) коэффициент отражения чистого кремния принимает значение 33-54%, а оптимальное однослойное покрытие снижает коэффициент отражения в этом интервале примерно до 10%. Для зо изготовления просветляющих покрытий наиболее часто используют слои ТЮг, SiNx. Уменьшение отражения приводит к возрастанию, как тока короткого замыкания, так и напряжения холостого хода, что в свою очередь повышает эффективность преобразования. Для формирования фронтального электрода на лицевую поверхность диодной структуры методом трафаретной печати наносилась серебросодержащая паста серийно выпускаемая ЗАО «Монокристалл» (Россия, Ставрополь). Осуществление процесса трафаретной печати происходило посредством полуавтоматического принтера «EKRA X1 -SL». После чего структуры сушились в установке конвейерной сушки «JRT» тип DT-040-Rk-X при температуре 250 °С в течение 30 секунд. Образцы токопроводящей серебряной пасты наносились на тыльную сторону кремниевых диодных структур с последующей сушкой при температуре 200 °С в течение 30 секунд. Также на тыльную сторону наносилась алюминиевая паста, серийно выпускаемая ЗАО «Монокристалл» (Россия, Ставрополь), сушилась при температуре 250 °С в течение 30 секунд. Следующим этапом проводилось совмещенное вжигание в печи «CENTROTHERM» тип DO-FF-8.600-300 при фактической пиковой температуре 810 °С.
Измерение толщины проводникового слоя образцов тыльных серебросодержащих паст проводилось при помощи микроскопа светового сечения «ΟΡΤΟΝ» (Германия).
Измерение адгезии серебросодержащих паст к кремниевой подложке измерялось посредством установки «GP-STAB TEST-Рго» под углом 180°. Принцип измерения основан на зависимости величины силы, необходимой для отрыва шинки от слоя пасты, от адгезионной прочности контакта. В качестве материалов для пайки использовались медные шинки с нанесенным припоем состава Sn - 96,5% / Ад - 3,5%, флюс средней активности.
Таблица 1 - Печатные, механические и электрофизические свойства проводящих паст, описанных в Примерах
Figure imgf000012_0001
В каждом случае из приведенных Примеров (см. табл. 1), можно заметить, что токопроводящие пасты имеют удовлетворительную динамическую вязкость и степень перетира, то есть обеспечиваются необходимые печатно-технические характеристики, в частности, реологическое поведение в процессе трафаретной печати, соответствует требованиям, предъявляемым к материалам для толстопленочной технологии (см. также график на фиг. 2).
Как видно из таблицы 1 образцы паст, полученные в Примерах 1-3, имеют низкий расход, малую толщину слоя после вжигания. При этом образцы, полученные в Примерах 1 и 2, показывают достаточно высокое поверхностное сопротивление и низкие значения адгезии к кремниевой подложке. Пример 5 показал, что токопроводящая паста с 60%-ным содержанием порошка серебра демонстрирует высокую степень адгезии, низкое сопротивление, но при этом наблюдается увеличение расхода пасты и, соответственно, толщины слоя. Таким образом, учитывая современные требования, предъявляемые к тыльным серебросодержащим для тыльного электрода солнечного элемента, 45-50 мас.% является оптимальным содержанием порошка серебра в пасте.
На фиг. 1 представлены графики, отражающие результаты измерения КПД солнечных элементов, изготовленных с использованием образцов серебросодержащих паст, описанных в Примерах. Как видно из графика, образцы с содержанием порошка серебра 40-50°мас.% не оказывают влияние на снижение эффективности солнечного элемента.
На фиг. 2 продемонстрированы возможности процесса для пасты, описанной в настоящем изобретении, исходя из результатов измерения динамической вязкости.
На фиг. 3 представлены графики, показывающие результаты измерения напряжения холостого хода солнечных элементов, тыльный контакт которых изготовлен с применением следующих образцов:
Образец 1 (45-50 мас.% порошка серебра) - заявляемый в настоящем изобретении состав;
Образец 2 (60 мас.% порошка серебра) - один из наиболее распространенных на современном рынке фотовольтаики продуктов;
Образец 3 (78 мас.% порошка серебра) - серийно выпускаемая паста ЗАО «Монокристалл» (Россия, Ставрополь) предыдущего поколения, содержащая в своем составе порошок алюминия. Данные графика (фиг. 3) подтверждают эффект увеличения напряжения холостого хода в Образце 1 по сравнению с Образцами 2 и 3 (на 0,2-0,3%).
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
Токопроводящая серебряная паста для тыльного электрода солнечного элемента, согласно изобретению, содержит меньшее количество мелкодисперсного порошка серебра, по сравнению с известными пастами. Данная композиция токопроводящей пасты обеспечивает не только уменьшение расхода пасты в процессе трафаретной печати и снижение процентного содержания драгоценных металлов в пасте, но и демонстрирует улучшение напряжения холостого хода солнечного элемента, а также хорошие реологические характеристики и печатные свойства токопроводящей пасты.
Токопроводящая серебряная паста, изготовленная в соответствии с изобретением, может быть использована в производстве кремниевых солнечных элементов для формирования тыльного электрода на кремниевых подложках р- типа.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Токопроводящая серебряная паста для тыльного электрода солнечного элемента, включающая частицы порошка серебра, органическое
5 связующее и стеклофритту отличающаяся тем, что в пасте используют мелкодисперсный порошок серебра, средний размер частиц которого составляет D50 1 ,5-5,0 мкм, при следующем соотношении компонентов, в мас.%:
порошок серебра 45-50;
органическое связующее 46-52;
ю стеклофритта 3-9.
2. Токопроводящая серебряная паста по п.1 , отличающаяся тем, что 38-48 мас.% порошка серебра имеют средний размер частиц D50 2,0-5,0 мкм, предпочтительно 2,5-3,0 мкм и 2-10 мас.% порошка серебра имеют средний размер частиц D50 1 ,5-4,0 мкм, предпочтительно 1 ,5-1 ,8 мкм.
15 3. Токопроводящая серебряная паста по п.1 , отличающаяся тем, что органическое связующее в качестве пленкообразующего содержит этилцеллюлозу в количестве 4-10 мас.%.
4. Токопроводящая серебряная паста по п.1 , отличающаяся тем, что содержание стеклофритты в токопроводящей пасте предпочтительно находится в
20 диапазоне 3-6 мас.%.
PCT/RU2012/000777 2012-02-02 2012-09-24 Токопроводящая серебряная паста для тыльного электрода солнечного элемента WO2013115676A1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE112012005812.7T DE112012005812B4 (de) 2012-02-02 2012-09-24 Leitfähige Silberpaste für eine rückwärtige Elektrode eines Solarelements

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012103632/07A RU2496166C1 (ru) 2012-02-02 2012-02-02 Токопроводящая серебряная паста для тыльного электрода солнечного элемента
RU2012103632 2012-02-02

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2013115676A1 true WO2013115676A1 (ru) 2013-08-08

Family

ID=48905601

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2012/000777 WO2013115676A1 (ru) 2012-02-02 2012-09-24 Токопроводящая серебряная паста для тыльного электрода солнечного элемента

Country Status (3)

Country Link
DE (1) DE112012005812B4 (ru)
RU (1) RU2496166C1 (ru)
WO (1) WO2013115676A1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104425053A (zh) * 2013-09-06 2015-03-18 湖南利德电子浆料有限公司 基于瓷砖的厚膜电路用电阻浆料及其制备工艺
CN112216421A (zh) * 2020-09-15 2021-01-12 广州市儒兴科技开发有限公司 一种perc晶体硅太阳电池背面银浆及其制备方法与应用

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11501974B2 (en) * 2016-12-22 2022-11-15 Tanaka Kikinzoku Kogyo K.K. Electrode structure of back electrode of semiconductor substrate, method for producing the same, and sputtering target for use in producing the electrode structure

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2177183C1 (ru) * 2000-12-05 2001-12-20 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт газоразрядных приборов "Плазма" Токопроводящая паста на основе порошка серебра, способ получения порошка серебра и органическое связующее для пасты
WO2011066300A1 (en) * 2009-11-25 2011-06-03 E. I. Du Pont De Nemours And Company Process for the formation of a silver back electrode of a passivated emitter and rear contact silicon solar cell
CN102157220A (zh) * 2011-02-28 2011-08-17 张振中 晶体硅太阳能电池正面栅线电极专用Ag浆

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1353162A1 (ru) * 1986-03-10 1995-09-27 Ярославское научно-производственное объединение "Электронприбор" Электропроводящая композиция
FR2903529B1 (fr) * 2006-07-05 2008-10-17 Conseil Et De Prospective Scie Nouvelle electrode positive d'argent pour accumulateurs alcalins
RU2389095C2 (ru) * 2008-03-25 2010-05-10 ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ "Научно-исследовательский институт "ВОЛГА" (ФГУП "НИИ "ВОЛГА") Электропроводящая паста
WO2011074888A2 (ko) * 2009-12-17 2011-06-23 동우 화인켐 주식회사 태양전지 후면 전극용 은 페이스트 조성물

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2177183C1 (ru) * 2000-12-05 2001-12-20 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт газоразрядных приборов "Плазма" Токопроводящая паста на основе порошка серебра, способ получения порошка серебра и органическое связующее для пасты
WO2011066300A1 (en) * 2009-11-25 2011-06-03 E. I. Du Pont De Nemours And Company Process for the formation of a silver back electrode of a passivated emitter and rear contact silicon solar cell
CN102157220A (zh) * 2011-02-28 2011-08-17 张振中 晶体硅太阳能电池正面栅线电极专用Ag浆

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104425053A (zh) * 2013-09-06 2015-03-18 湖南利德电子浆料有限公司 基于瓷砖的厚膜电路用电阻浆料及其制备工艺
CN112216421A (zh) * 2020-09-15 2021-01-12 广州市儒兴科技开发有限公司 一种perc晶体硅太阳电池背面银浆及其制备方法与应用

Also Published As

Publication number Publication date
DE112012005812T5 (de) 2014-12-04
DE112012005812B4 (de) 2020-04-02
RU2496166C1 (ru) 2013-10-20
RU2012103632A (ru) 2013-08-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2718207C (en) Solar cell device and manufacturing method therefor
JP6110311B2 (ja) 導電性ペースト組成物ならびにそれらから形成される太陽電池電極および接点
CA2718204C (en) Conductive paste for forming a solar cell electrode
JP6534786B2 (ja) 厚膜伝導性組成物およびその使用
TWI503385B (zh) 導電性糊組成物
KR20070067636A (ko) 태양 전지 전극용 페이스트, 태양 전지 전극의 제조 방법,및 태양 전지
JP5957546B2 (ja) 導電性組成物
WO2012129554A2 (en) Conductive paste composition and semiconductor devices made therewith
WO2012019065A2 (en) Conductive paste for a solar cell electrode
WO2012116052A1 (en) Conductive paste composition and semiconductor devices made therewith
CN102369168A (zh) 用于光伏电池导体中的玻璃组合物
EP2534695A2 (en) Process for the production of a mwt silicon solar cell
JP2018078120A (ja) 酸化アンチモンを含有する厚膜組成物および半導体デバイスの製造におけるその使用
CN102348656A (zh) 用于光伏电池导体中的玻璃组合物
KR20140027372A (ko) 태양전지 및 태양전지의 알루미늄 전극 형성용 페이스트 조성물
CN111902881B (zh) 一种导电性浆料及由其制备的太阳能电池及制造方法
KR101974096B1 (ko) 알루미늄-기반 조성물 및 알루미늄-기반 조성물을 포함한 태양전지
RU2496166C1 (ru) Токопроводящая серебряная паста для тыльного электрода солнечного элемента
Panek et al. The new copper composite of pastes for Si solar cells front electrode application
TWI714897B (zh) 太陽能電池電極用導電漿料以及包含於上述導電漿料中的玻璃熔塊和太陽能電池
WO2012067463A2 (ko) 전극형성용 은 페이스트 조성물 및 이를 이용한 실리콘 태양전지
EP2750139B1 (en) An electro-conductive paste comprising a vanadium containing compound in the preparation of electrodes in MWT solar cells
TW201701298A (zh) 包含氧化物添加劑之導電膏
WO2024101223A1 (ja) 導電性ペースト、太陽電池及び太陽電池の製造方法
TWI778141B (zh) 太陽電池電極形成用導電性糊膏

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 12867380

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 112012005812

Country of ref document: DE

Ref document number: 1120120058127

Country of ref document: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 12867380

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1