低银导电浆料的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及太阳能电池板技术中所利用的导电浆料组合物，特别是用于形成背侧 焊盘的导电浆料组合物。具体地，在一个方面中，本发明是包括导电颗粒、有机载体和玻璃 料的导电浆料组合物。导电颗粒优选地包括银粉和片状银粉，且玻璃料优选地具有〇. 01微 米至3微米的粒度（d9CI)。本发明的另一个方面是通过将本发明的导电浆料施加至硅片的背 侦似形成焊盘而制作的太阳能电池。本发明还提供包括使太阳能电池电互连的太阳能电池 板。根据另一个方面，本发明还提供一种制作太阳能电池的方法。
[0002] 发明背景
[0003] 太阳能电池是使用光伏效应将光能转换为电力的装置。太阳能是受关注的绿色能 源，因为其是可持续的并且仅产生非污染性副产物。因此，目前有大量研究致力于开发具有 更高效率的太阳能电池，同时持续降低材料和制造成本。
[0004] 当光照射太阳能电池时，入射光的一部分被表面反射且其余部分被透射至太阳能 电池中。透射光的光子被太阳能电池吸收，所述太阳能电池通常由半导体材料(诸如硅）制 成。来自吸收光子的能量将从半导体材料的原子中激发其光子，产生电子空穴对。这些电 子空穴对随后被p-n结分离并且被施加在太阳能电池表面上的导电电极收集。
[0005] 最常见的太阳能电池是由硅制成的太阳能电池。具体地，通过将η型扩散层施加 至与两个电接触层或电极耦接的P型硅衬底而由硅制成ρ-η结。在P型半导体中，掺杂原 子被添加至半导体以增大自由载流子(正空穴）的数量。本质上，掺杂材料将弱约束的外层 电子从半导体原子上带走。P型半导体的一个实例是具有硼或铝掺杂剂的硅。太阳能电池 也可由η型半导体制成。在η型半导体中，掺杂原子提供额外电子至主衬底，形成过量的负 电子载流子。η型半导体的一个实例是具有含磷掺杂剂的硅。为了使太阳能电池对日光的 反射最小化，抗反射涂层(诸如氮化硅）被施加至η型扩散层以增大耦接至太阳能电池的光 量。
[0006] 太阳能电池通常具有施加至其前表面及背面的导电浆料。前侧浆料导致形成电 极，所述电极如上所述传导从电子交换中产生的电力，同时背侧浆料充当用于经由焊料涂 布导线串联连接太阳能电池的焊点。为了形成太阳能电池，首先诸如通过丝网印刷银浆或 银/铝浆，将后接触点施加至硅片的背侧以形成焊盘。接下来，将铝背侧浆料施加至硅片 的整个背侧，稍微与焊盘的边缘重叠且随后干燥电池。图1展示具有跨电池长度延伸的焊 盘110的硅太阳能电池100,其中铝背侧120印刷在整个表面上。最后，使用不同类型的 导电浆料(通常含银浆料)，可将金属接触件丝网印刷至硅片的前侧以充当前电极。光进入 的电池表面或正面上的这个电接触层通常以由指接线和主栅组成的网格图形而非完整层 的形式存在，因为金属网格材料通常不透光。具有印刷前侧和背侧浆料的硅衬底随后在约 700-975°C的温度下烧成。在烧成期间，前侧浆料蚀刻穿透抗反射层，在金属网格与半导体 之间形成电接触且将金属浆料转换为金属电极。在背侧上，铝扩散至硅衬底中，充当形成背 面场（BSF)的掺杂剂。这个场帮助改进太阳能电池的效率。
[0007] 所得金属电极允许电流至及流出连接在太阳能电池板中的太阳能电池。为了组装 电池板，多个太阳能电池串联和/或并联连接且第一个电池和最后一个电池的电极末端， 优选地连接至输出接线。太阳能电池通常被封装在透明的热塑性树脂(诸如硅橡胶或乙烯 醋酸乙烯酯)中。透明玻璃片被放置在封装透明热塑性树脂的前表面上。背面保护材料(例 如，涂布具有良好机械性质和良好耐候性的聚氟乙烯膜的聚对苯二甲酸乙二酯片）被放置 在封装热塑性树脂下方。这些层状材料可在适当的真空炉中被加热以移除空气，且随后通 过加热和冲压而一体化。此外，由于太阳能模块通常被长期留在户外，所以需要用于由铝或 类似材料组成的框架材料覆盖太阳能电池的周边。
[0008] -种背侧使用的典型导电浆料含有金属颗粒、玻璃料和有机载体。导电浆料描述 于美国专利申请公开案第2013/0148261号、中国专利公开案第101887764号和中国专利公 开案第101604557号中。应精心选择浆料组分以充分利用所得太阳能电池的理论潜能。由 背侧浆料(其通常含银或银/铝）形成的焊盘尤为重要，因为焊接至铝背侧层几乎是不可能 的。焊盘可形成为延伸达硅衬底长度的条状物(如图1中所示)或沿着硅酮衬底长度配置的 离散段。焊盘应适当地粘附至硅衬底并且应能够承受焊接接合线的机械操作，同时对太阳 能电池的效率无不利影响。
[0009] -种用于测试背侧焊盘的粘附的典型方法是将焊丝施加至镀银层焊盘，且随后测 量按相对于衬底的特定角度(通常180度）剥离焊丝所需的力。通常，考虑到会需要更大拉 力，大于2牛顿的拉力是最小要求。因此，需要具有改进的粘附强度的导电浆料组合物。
【发明内容】
[0010] 因此，本发明提供展现改进的粘附强度的导电浆料组合物。
[0011] 本发明提供一种用于在太阳能电池中形成电极的导电浆料组合物，其包括：以 100%浆料的总重量计，约20至约50wt%的球状银粉，其具有约0. 1 μ m至约1 μ m的粒度 d50 ;以100%浆料的总重量计，约10至约30wt%的片状银粉，其具有约5-8 μ m的粒度d50 ; 基本上不含铅的玻璃料，其具有约〇. 5-3 μ m的粒度d90 ;和有机载体，其中以100%玻璃体 系的总重量计，玻璃料包括小于5wt%的氧化锌。
[0012] 本发明还提供一种太阳能电池，其包括具有前侧和背侧的硅片和形成在硅片上由 根据本发明的导电浆料制成的焊盘。
[0013] 本发明还提供一种太阳能电池模块，其包括根据本发明的电互连的太阳能电池。
[0014] 本发明还提供一种制作太阳能电池的方法，其包括下列步骤：提供具有前侧和背 侧的硅片；将根据本发明的导电浆料组合物施加至硅片的背侧上；并烧制硅片。
[0015] 附图简述
[0016] 为了易于获得本发明和其许多伴随优点的更全面理解，将通过在结合下文附图1 考虑时参考下文详细描述而更好地理解本发明和其许多伴随优点，图1是根据本发明的示 例性实施方案的具有跨电池长度延伸的印刷银焊盘的硅太阳能电池的背侧的平面图。
【具体实施方式】
[0017] 本发明涉及可用于施加至太阳能电池背侧的导电浆料组合物。导电浆料组合物优 选地包括金属颗粒、玻璃料和有机载体。但是并不局限于此应用，这些浆料可用于在太阳能 电池中形成电接触层或电极，以及形成用于在模块中使太阳能电池互连的焊盘。
[0018] 图1图示沉积在硅太阳能电池100背侧上的示例性焊盘110。在该特定的实施例 中，丝网印刷的银焊盘110横跨硅太阳能电池100的长度延伸。在其它构造中，焊盘110可 能是离散段。焊盘Iio可为诸如本领域中已知的任意形状和大小。第二背侧浆料(例如，含 铝浆料）也印刷在硅太阳能电池100的背侧上并且与焊盘110的边缘接触。这个第二背侧 浆料在烧制时形成太阳能电池100的BSF120。
[0019] 导电桨料
[0020] 本发明的一个方面涉及用于形成背侧焊盘的导电浆料的组合物。需要的背侧浆料 是具有高粘附强度以允许最佳的太阳能电池机械可靠性，同时也使太阳能电池的电性能最 佳化的背侧浆料。根据本发明的导电浆料组合物通常由金属颗粒、有机载体和玻璃料组成。 根据一个实施方案，以100%浆料的总重量计，背侧导电浆料包括约30-75wt%的总金属颗 粒、约0. 01-10wt%的玻璃料和约20-60wt%的有机载体。
[0021] 披璃料
[0022] 本发明的玻璃料改进了所得导电浆料的粘附强度。用于印刷背侧焊盘的导电浆 料的金属含量对浆料的粘附强度有影响。较高的金属颗粒含量(例如，60_75wt%之间，其以 100%浆料的总重量计）提供更佳的粘附性，因为可获得更可焊接的材料。当金属含量低于 60wt%时，粘附力显著减小。由于玻璃料补偿粘附强度的减小，因此玻璃料变得更为重要。 此外，用于形成焊盘的特定浆料可与铝浆相互作用，施加所述铝浆至硅太阳能电池的整个 背侧表面上方以形成BSF。当这种情况发生时，在背侧焊浆与表面铝浆重叠的区域上形成气 泡或缺陷。本发明的玻璃组合物减轻焊浆与铝层之间的这种相互作用。
[0023] 本发明的导电浆料以100%浆料的总重量计，可包括约0. 01-10wt%的玻璃料，优选 地约0. 01-7wt%，更优选地约0. 01-6wt%，且更优选地约0. 01-5wt%。在最优选的实施方案 中，导电浆料包括约3wt%的玻璃料。
[0024] 本领域中众所周知，玻璃料颗粒可展现多种形状和大小。玻璃料颗粒的不同形状 的一些实例包括球状的、有角度的、细长(杆状或针状）的和平坦(片状）的。玻璃料颗粒还 可被提供为不同形状的颗粒的组合。根据本发明，具有一种形状或形状组合的玻璃料颗粒 (其有利于所制作电极的有利的粘附力）是优选的。
[0025] 粒径是本领域技术人员众所周知的颗粒特性。粒度d5(l是粒度分布的中值粒径或 中间值。它是累积分布中50%位置的粒径值。粒度d 1(l是累积分布中约10%具有较小直径的 颗粒位置的直径。同样地，粒度d9(l是累积分布中约90%具有较小直径的颗粒位置的直径。
[0026] 可经由激光衍射、动态光散射、成像、电泳光散射或本领域中已知的任意其它方法 测量粒度分布。连接至具有LA-910软件程序的计算机的Horiba LA-910激光衍射粒度分 析器被用于确定根据本发明的玻璃料的粒度分布。玻璃料颗粒的相对折射率选自LA-910 手册并且被输入软件程序。测试腔室填充去离子水至水槽上的适当加注管。随后通过使用 软件程序中的循环和搅拌功能循环溶液。在一分钟后，排出溶液。这在附加时间内重复以 确保腔室无任意残留材料。腔室随后第三次填充去离子水并且被允许循环及搅拌一分钟。 通过使用软件中的空白功能剔除溶液中的任意背景颗粒。随后启动超声波搅拌，且将玻璃 料缓慢添加至测试腔室中的溶液，直至透射比条在软件程序中的适当区域中。一旦透射比 处于恰当水平，激光衍射分析被运行且玻璃料的粒度分布被测量并且给定为粒度d 1(l、d5(l和 / 或 dg〇 〇
[0027] 在本发明的优选实施方案中，玻璃料的中值粒径d5(l位于从约0. 01-3 μ m的范围 中，优选地在从约0. 01-2 μ m的范围中，且最优选地在从约0. 1-1 μ m的范围中。根据另一 个实施方案，玻璃料的粒径d1(l位于约0. 01-1 μ m的范围中，优选地约0. 01-0. 5 μ m且更优 选地约0. 01-0. 2 μ m。根据又一个实施方案，玻璃料的粒径d9Q位于0. 5-3 μ m，优选1-3 μ m 且更优选2-3 μ m的范围中。相信包括具有在约0. 5至约3 μ m的范围中的粒度d9(l的玻璃 料改进了所得浆料的电性能。
[0028] 特征化颗粒的形状和表面的另一种方式是通过其表面积体积比（比表面积)。测量 比表面积的方