含有金属添加剂的太阳能电池金属化的制作方法
【专利摘要】公开了糊组合物、制造糊组合物的方法和制造太阳能电池触点的方法。该糊组合物可含有银、玻璃粉、金属添加剂和有机载剂体系。该金属添加剂是选自钇、有机-钒化合物、有机-锑化合物、有机-磷化合物和有机-钇化合物的至少一种。该糊可用于制造太阳能电池触点。
【专利说明】含有金属添加剂的太阳能电池金属化
【技术领域】
[0001 ] 本公开大体上涉及糊组合物、制造糊组合物的方法、制造太阳能电池触点的方法和可用在太阳能电池中的烧制的前触点以及其它相关部件。
【背景技术】
[0002]太阳能电池通常由半导体材料例如硅(Si)制成，其将日光转化成有用的电能。太阳能电池通常由薄硅片制成，其中通过使磷(P)从合适的磷源扩散到P-型Si片中形成所需PN结。硅片的日光入射面通常涂有减反射涂层(ARC)以防止入射日光的反射损失并由此提高太阳能电池的效率。被称作前触点的二维电极栅图案连接到硅的N-面，另一面上的铝(Al)涂层(后触点)连接到硅的P-面。这些触点是从PN结到外部载荷的电插座。
[0003]通过丝网印刷厚膜糊，形成硅太阳能电池的前触点。通常，该糊含有大致细的银粒子、玻璃和有机物。在丝网印刷后，该硅片和糊在空气中通常在炉设定温度下烧结。在烧结过程中，玻璃软化、熔融并与减反射涂层反应，蚀刻硅表面并有利于形成密切的硅-银触点。银以岛形式沉积在硅上。硅-银岛的形状、尺寸和数量决定电子从硅转移到外电路的效率。
[0004]发明概述
[0005]下面给出本发明的简要概述以提供本发明的一些方面的基本理解。这种概述不是本发明的广泛综述。其既无意确定本发明的关键或主要要素，也无意描绘本发明的范围。其唯一目的是作为下面给出的更详细描述的序言以简化形式陈述本发明的一些概念。
[0006]根据一个方面，提供糊组合物。更特别地，根据这一方面，该糊组合物包括银、玻璃粉和金属添加剂。该金属添加剂是选自钇、有机-钒化合物、有机-锑化合物、有机-磷化合物和有机-钇化合物的至少一种。此外，与上述金属添加剂一起，在该糊中还可包括选自金属Co、N1、Sn、Zr、Li和Zn的至少一种下列有机金属添加剂。
[0007]根据另一方面，提供制造糊组合物的方法。更特别地，根据这一方面，该方法涉及将银、玻璃粉和金属添加剂与有机载剂合并和使银、玻璃粉和金属添加剂分散在有机载剂中。
[0008]根据再一方面，提供制造太阳能电池触点的方法。更特别地，根据这一方面，该方法涉及将糊施用到硅基底上，该糊含有银粒子、玻璃粉和金属添加剂。该方法进一步涉及加热该糊以烧结银粒子和熔结玻璃粉。
[0009]根据再一方面，提供烧制的前触点。更特别地，根据这一方面，该烧制的前触点包括银、玻璃粉和宇乙。
[0010]为了实现上述和相关目的，本发明随之包括下面充分描述并在权利要求书中特别指出的特征。下列描述和附图详细阐述本发明的某些示例性实施方案。但是，这些实施方案仅指示本发明的原理的各种使用方式中的一些。在联系附图考虑时，从下列发明详述中可看出本发明的其它目的、优点和新颖特征。
[0011]附图简述[0012]图1A-1E显示示意性图解根据本发明的一个方面制造太阳能电池中的触点的方法的工艺流程图。下面解释图1A-1E中所示的参考数字。
[0013]10: P-型硅基底
[0014]20: η-型扩散层
[0015]30:正面钝化层/减反射涂层
[0016]40: ρ+层(背面场(BSF))
[0017]70:在背面上形成的第一糊
[0018]71:通过烧制第一糊70形成的背电极
[0019]80:在背面上形成的第二糊
[0020]81:通过烧制第二糊80形成的背电极
[0021]500:正面银/金属添加剂
[0022]501:经由ARC烧制糊500后的银/金属添加剂前电极
[0023]图2是根据本发明的一个方面制造糊组合物的示例性方法的流程图、
[0024]图3是根据本发明的一个方面制造太阳能电池触点的示例性方法的流程图。
[0025]发明详述
[0026]本糊组合物可包括银、玻璃粉和金属添加剂。例如，该糊组合物可含有该糊组合物的大约50重量％或更多且大约92重量％或更少的银；该糊组合物的大约I重量％或更多且大约15重量％或更少的玻璃粉；和该糊组合物的大约0.01重量％或更多且大约5重量％或更少的金属添加剂。该金属添加剂包括钇、有机-钒化合物、有机-锑化合物、有机-磷化合物、有机-钇化合物或其组合。在一个实施方案中，该糊组合物进一步包括有机粘合剂、溶剂或其组合。
[0027]该糊组合物可用作膜糊以制造例如收集通过曝光生成的电流的硅基太阳能电池的前触点，或制造将电子导向外部载荷的后触点。银/硅界面的微结构和电性质影响通过电池效率(Π)和填充因子(FF)测得的电池电性能。还通过串联电阻(Rs)和分流电阻(Rsh)表征太阳能电池的电性质。前触点界面的组成和微结构极大决定Rs。本糊组合物可提供低串联电阻(Rs)和高分流电阻(R3h)以提供通过效率U)和填充因子(FF)测得的高性能太阳能电池。
[0028]本发明的糊组合物和方法有利于前触点组分，通常Ag和Si之间通过玻璃介质的最佳相互作用、粘合和接触形成。该糊组合物可以印刷在硅基底上并烧制以熔结玻璃和烧结其中的金属。在烧制时，形成Ag/Si导电岛，以提供本体糊与硅片之间的导电桥。在使用含铅玻璃时，由于它们在低温下的相对优异的流动特性，含铅玻璃允许低烧制温度。
[0029]该糊可通过任何合适的技术施用在基底上。在一个实施方案中，通过丝网印刷、模版印刷、挤出、移印、喷墨印刷、热熔体印刷或本领域普通技术人员公认的任何合适的微沉积直写技术施用该糊。该糊组合物可用于形成太阳能电池的触点。将该糊丝网印刷在基底上并将在基底上成形的糊烧至相对较低温度(550°C至850°C硅片温度；650°C至1000°C的炉设定温度)以在例如磷掺杂硅片的N-面与该糊组合物之间形成低电阻触点。
[0030]银组分
[0031]该糊组合物可含有任何合适形式的任何合适的银化合物。该银组分中的银源可以是银金属或银合金的一种或多种细粒或粉末。一部分银可作为氧化银(Ag2O)或作为银盐，如AgN03、AgOOCCH3 (乙酸银)、丙烯酸银或甲基丙烯酸银加入。另外，该银可以被各种材料，如磷涂布。或者，银可以涂布在玻璃上。或者可以在玻璃熔融/制造过程中将氧化银溶解在玻璃中。该糊中所用的银粒子可以是球形、薄片形、胶态、不规则的(既没有球形形态，也没有薄片形态)或其组合。银粒子的具体实例包括球形银粉Ag3000-1、解聚银粉SFCGED、银薄片SF-23、纳米银粉Ag7000_35和胶体银RDAGC0LB，都可购自FerroCorporation, Cleveland, Ohio。
[0032]该糊组合物可包括任何上述银源。在一个实施方案中，该糊的银部分含有该银部分的大约80重量％或更多且大约100重量％或更少的球形银粒子和该银部分的大约O重量％或更多且大约20重量％或更少的银薄片。在另一实施方案中，该糊的银部分含有该银部分的大约75重量％或更多且大约90重量％或更少的银薄片和该银部分的大约I重量％或更多且大约10重量％或更少的胶体银。在另一实施方案中，该糊的银部分含有该银部分的大约80重量％或更多且大约100重量％或更少的不规则银金属粒子、该银部分的大约O重量％或更多且大约20重量％或更少的银金属薄片和该银部分的大约I重量％或更多且大约10重量％或更少的胶体银金属。
[0033]该糊组合物通常含有任何合适量的银，只要该糊可提供电导率。在一个实施方案中，该糊组合物含有该糊组合物的大约50重量％或更多且大约92重量％或更少的银。在另一实施方案中，该糊组合物含有该糊组合物的大约70重量％或更多且大约90重量％或更少的银。在再一实施方案中，该糊组合物含有该糊组合物的大约75重量％或更多且大约87重量％或更少的银。
[0034]该银粒子可具有任何合适的尺寸。在一个实施方案中，该银粒子具有大约0.05微米或更大和大约10微米或更小的中值粒度。在本说明书和下面的权利要求中，使用Honeywell Microtrac X100仪器测量粒度。在另一实施方案中，该银粒子具有大约0.05微米或更大和大约5微米或更小的中值粒度。在再一实施方案中，该银粒子具有大约0.05微米或更大和大约3微米或更小的中值粒度。在另一实施方案中，该粒子具有大约0.01至10克/平方米的比表面积。在另一实施方案中，该粒子具有大约0.1至8克/平方米的比表面积。在另一实施方案中，该粒子具有大约0.2至6克/平方米的比表面积。在另一实施方案中，该粒子具有大约0.2至5.5克/平方米的比表面积。在另一实施方案中，该糊中不同类型的银粉(不规则、球形、薄片形、亚微米或纳米银Ag)的混合物的粒度分布可以为单分布或其它类型的分布，例如双峰或三峰分布。
[0035]玻璃粉
[0036]本文所用的玻璃粉不是关键的，该糊组合物可含有任何合适的玻璃粉。首先，本文中的糊中所用的玻璃粉可有意含有铅和/或镉，或它们可不含有意添加的铅和/或镉。在一个实施方案中，该玻璃粉是基本无铅的玻璃粉。在另一实施方案中，所有玻璃粉都无铅和镉。该玻璃可以是部分结晶或非晶的。部分结晶玻璃是优选的。可以使用具有一种或多种结晶或部分结晶或非晶结构的玻璃粉的混合物。玻璃粉的组成和制造的细节可见于例如共同转让的美国专利申请公开Nos.2006/0289055和2007/0215202，它们经此引用并入本文。
[0037]尽管通常避免，但可以向这些玻璃粉中实质加入氧化铊或氧化钒以实现较低温度。类似地，可以向这些玻璃粉中加入显著量的氧化碲或氧化锗以实现较低流动温度。
[0038]该糊组合物可包括任何合适的玻璃粉。下表列出本发明的实践中可用的玻璃粉组合物。条目，例如Sb205+A205是指以规定的量存在Sb2O5或V2O5或这两者的组合。
[0039]表1.以总玻璃的重量百分比计的氧化物玻璃粉组成
[0040]
【权利要求】
1.太阳能电池触点，其通过烧制糊组合物形成，所述糊组合物包含: 所述糊组合物的大约50重量％或更多且大约92重量％或更少的银； 所述糊组合物的大约I重量％或更多且大约15重量％或更少的玻璃粉部分；和 所述糊组合物的大约0.01重量％或更多且大约5重量％或更少的金属添加剂，所述金属添加剂包含钇、有机-钒化合物、有机-锑化合物、有机-磷化合物、有机-钇化合物或它们的组合。
2.权利要求1的太阳能电池，其中所述糊组合物包含所述糊组合物的大约0.02重量％或更多且大约3重量％或更少的金属添加剂。
3.权利要求1的太阳能电池，其中所述糊组合物包含所述糊组合物的大约0.05重量％或更多且大约I重量％或更少的金属添加剂。
4.权利要求1的太阳能电池，其中所述金属添加剂包含选自醇钒、氧钒醇盐、醇锑、醇磷和醇钇的一种或多种有机-金属化合物。
5.权利要求1的太阳能电池，其中所述金属添加剂包含选自乙酰丙酮钒、乙酰丙酮化氧钒、乙酰丙酮锑和乙酰丙酮钇的一种或多种有机-金属化合物。
6.权利要求1的太阳能电池，其中所述金属添加剂包含选自金属2-甲基己酸盐、金属2-乙基己酸盐和金属2-丙基己酸盐的一种或多种有机-金属化合物，其中所述金属是钒、铺、磷或宇乙。
7.权利要求1的太阳能电池，其中所述糊组合物进一步包括第二金属添加剂，其包含选自钴、镍、锆、锡、锌或锂有机-金属化合物或其混合物的一种或多种有机-金属化合物。`
8.权利要求1的太阳能电池，其中所述金属添加剂由乙酰丙酮钒、乙酰丙酮化氧钒或其组合构成。
9.权利要求1的太阳能电池，其中所述金属添加剂由乙酰丙酮化氧钒构成。
10.制造糊组合物的方法，包括: 将银、玻璃粉和金属添加剂与有机载剂合并，所述金属添加剂包含钇、有机-钒化合物、有机-锑化合物、有机-磷化合物、有机-钇化合物或其组合；和 使银、玻璃粉和金属添加剂分散在有机载剂中。
11.权利要求9的方法，其中所述金属添加剂包含选自醇钒、氧钒醇盐、醇锑、醇磷和醇钇的一种或多种有机-金属化合物。
12.权利要求9的方法，其中所述金属添加剂包含选自乙酰丙酮钒、乙酰丙酮化氧钒、乙酰丙酮锑和乙酰丙酮钇的一种或多种有机-金属化合物。
13.权利要求9的方法，其中所述金属添加剂包含选自金属2-甲基己酸盐、金属2-乙基己酸盐和金属2-丙基己酸盐的一种或多种有机-金属化合物，其中金属是钒、锑、磷或钇。
14.权利要求9的方法，其中所述金属添加剂由乙酰丙酮钒、乙酰丙酮化氧钒或其组合构成。
15.权利要求9的方法，其中所述金属添加剂由乙酰丙酮化氧钒构成。
16.制造太阳能电池触点的方法，包括: 向硅基底施用糊，所述糊包含: 所述糊组合物的大约50重量％或更多且大约92重量％或更少的银粒子；所述糊组合物的大约I重量％或更多且大约15重量％或更少的玻璃粉部分；和 所述糊组合物的大约0.0l重量％或更多且大约5重量％或更少的金属添加剂，所述金属添加剂包含钇、有机-钒化合物、有机-锑化合物、有机-磷化合物、有机-钇化合物或其组合；和 加热所述糊，以烧结银粒子和熔结玻璃粉。
17.权利要求16的方法，其中所述糊组合物包含所述糊组合物的大约0.02重量％或更多且大约I重量％或更少的金属添加剂。
18.权利要求16的方法，其中所述金属添加剂包含选自醇钒、氧钒醇盐、醇锑、醇磷和醇钇的一种或多种有机-金属化合物。
19.权利要求16的方法,其中所述金属添加剂包含选自乙酰丙酮钥;、乙酰丙酮化氧钥；、乙酰丙酮锑和乙酰丙酮钇的一种或多种有机-金属化合物。
20.权利要求16的方法，其中所述金属添加剂由乙酰丙酮钒、乙酰丙酮化氧钒或其组合构成。
21.权利要求16的方法,其中所述金属添加剂包含选自金属2-甲基己酸盐、金属2-乙基己酸盐和金属2-丙基己酸盐的一种或多种有机-金属化合物，其中金属是钒、锑、磷或钇。
22.权利要求16的方法，其中所述糊进一步包括第二金属添加剂，其包含选自钒、锑、磷、钇、钴、镍、锆、锡、锌或锂有机-金属化合物的一种或多种有机-金属化合物。
23.烧制的太阳能电池前触点，其包含: 所述烧制的前触点的大约50重量％或更多且大约92重量％或更少的银； 所述烧制的前触点的大约I重量％或更多且大约15重量％或更少的玻璃粉；和 所述烧制的前触点的大约0.01重量％或更多且大约5重量％或更少的钇。
24.权利要求23的烧制的前触点，其中所述烧制的前触点包含所述烧制的前触点的大约0.02重量％或更多且大约5重量％或更少的钇。
25.权利要求23的烧制的前触点，其进一步包含钒、锑、磷或其组合。
26.糊组合物，其包含: 所述糊组合物的大约50重量％或更多且大约92重量％或更少的银； 所述糊组合物的大约I重量％或更多且大约15重量％或更少的玻璃粉部分；和 所述糊组合物的大约0.01重量％或更多且大约5重量％或更少的金属添加剂，所述金属添加剂包含钇、有机-钒化合物、有机-锑化合物、有机-磷化合物、有机-钇化合物或其组合。
27.权利要求26的糊组合物，其中所述糊组合物包含所述糊组合物的大约0.02重量％或更多且大约3重量％或更少的金属添加剂。
28.权利要求26的糊组合物，其中所述糊组合物包含所述糊组合物的大约0.05重量％或更多且大约I重量％或更少的金属添加剂。
29.权利要求26的糊组合物，其中所述金属添加剂包含选自醇钒、氧钒醇盐、醇锑、醇磷和醇钇的一种或多种有机-金属化合物。
30.权利要求26的糊组合物，其中所述金属添加剂包含选自金属2-甲基己酸盐、金属2-乙基己酸盐和金属2-丙基己酸盐的一种或多种有机-金属化合物，其中所述金属是钒、铺、磷或宇乙。
31.权利要求26的糊组合物，其进一步包括第二金属添加剂，其包含选自钴、镍、锆、锡、锌或锂有机-金属化合物或其混合物的一种或多种有机-金属化合物。
32.权利要求26的糊组合物，其中所述金属添加剂由乙酰丙酮钒、乙酰丙酮化氧钒或其组合构成。
33.权利要求26的糊组合物，其中所述金属添加剂由乙酰丙酮化氧钒构成。
34.权利要求26的糊组合物，其中所述银包含球形和薄片形粉末的混合物。
35.权利要求26的糊组合物，其中所述银包含不规则形状的粒子和胶体银的混合物。
36.权利要求35的糊组合物，其中所述银包括银薄片。
37.权利要求26的糊组合物，其中所述玻璃粉具有下列组成:
38.权利要求26的糊组合物，其中所述玻璃粉部分包含两种或更多种玻璃粉的混合物。
39.权利要求26的糊组合物，其中所述玻璃粉部分是无镉和无铅的。
40.权利要求26的糊组合物，其中所述玻璃粉部分包括下列组成:
41.权利要求39的糊组合物，其中所述玻璃粉部分包括下列组成:
【文档编号】H01L31/02GK103443928SQ201180063064
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2011年10月27日 优先权日:2010年10月28日
【发明者】Y·杨, A·S·沙科赫, S·斯里德哈兰 申请人:赫劳斯贵金属北美康舍霍肯有限责任公司