太阳能电池浆料中的包含钨和铅的玻璃的制作方法

太阳能电池浆料中的包含钨和铅的玻璃的制作方法
【专利说明】太阳能电池浆料中的包含钨和铅的玻璃 发明领域
[0001] 本发明一般性地涉及包含玻璃作为太阳能电池浆料的组分的导电浆料，所述玻璃 包含钨和铅，及其在制备光伏太阳能电池中的用途。更具体而言，本发明涉及导电浆料、太 阳能电池前体、制备太阳能电池的方法、太阳能电池和太阳能组件。
[0002] 发明背景
[0003]太阳能电池是使用光伏效应将光能转化成电的装置。太阳能是有吸引力的绿色能 源，因为它是可持续的且仅产生非污染的副产物。因此，目前投入了大量研宄以开发具有增 强的效率，同时持续降低材料和生产成本的太阳能电池。当光击中太阳能电池时，一部分入 射光被表面反射，且其余透射到太阳能电池中。透射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制成，例如硅，其通常是适当掺杂的。吸收的光子能量激发半导体材 料的电子，产生电子-空穴对。这些电子-空穴对然后被P_n结隔开并被太阳能电池表面 上的导电电极收集。图1显示简单太阳能电池的最小结构。
[0004] 太阳能电池非常通常地基于硅，所述硅通常为Si片的形式。此处，p-n结通常如 下制备：提供n型掺杂的Si基质并将p型掺杂层施加于其一个面上，或者提供p型掺杂的 Si基质并将n型掺杂层施加于其一个面上，在两种情况下均得到所谓的p-n结。具有施加 了的掺杂剂层的面通常充当电池的正面，相对侧的具有原始掺杂剂的Si充当背面。n型和 P型太阳能电池都是可能的且已在工业上使用。设计利用在两个面上的入射光的电池也是 可能的，但它们的用途相对不够广泛。
[0005]为了使太阳能电池正面的入射光进入并被吸收，正面电极通常以分别称为"栅线 (finger)"和"主栅线（busbars)"的两组垂直线排列。栅线形成与正面的电接触，主栅线 连接这些栅线以将电荷有效地引至外电路中。通常栅线和主栅线的这一布置以导电浆料的 形式施用，并将其烧制以得到固体电极体。背面电极也通常以导电浆料的形式施用，然后将 其烧制以得到固体电极体。典型的导电浆料包含金属颗粒、玻璃和有机载体。
[0006]近来存在提高的对n型太阳能电池的兴趣，其中正面为P型掺杂的。相对于类似 的P型电池，n型太阳能电池具有提高的电池性能的潜势，但仍然具有缺点，这是由于烧制 期间对电池的损害导致降低的效率。
[0007] 现有技术中存在一些尝试以改进太阳能电池的性能。一种该类尝试描述于 EP2472526A2 中。
[0008]因此，技术现状需要改进制备太阳能电池的路线。
[0009] 发明概述
[0010] 本发明一般性地基于克服关于太阳能电池的技术现状中遭遇的至少一个问题的 目的。
[0011] 更具体而言，本发明进一步基于提供用于制备具有改进电池效率的太阳能电池的 浆料的目的。
[0012] 本发明的另一目的是提供制备太阳能电池的方法、太阳能电池和太阳能电池组 件。
[0013] 对实现上述目的中的至少一个的贡献由形成本发明权利要求书的范畴的主题做 出。另一贡献由代表本发明具体实施方案的本发明从属权利要求的主题做出。
[0014] 发明详述
[0015] 对实现上述目的中的至少一个的贡献由前体做出，所述前体包含以下作为前体部 分：
[0016] i)晶片；
[0017] ii)导电浆料，其至少包含如下作为浆料组分：
[0018]a)金属颗粒；
[0019] b)玻璃；
[0020] c)有机载体；和
[0021] d)添加剂；
[0022] 其中玻璃包含以下：
[0023] i)约1至约96重量％，优选约5至约70重量％，更优选约10至约
[0024] 40重量％的卩13;
[0025]ii)约2至约30重量％，优选约3至约20重量％，更优选约4至约
[0026] 1〇重量％的^;
[0027] iii)约1至约50重量％，优选约5至约40重量％，更优选约10至
[0028] 约35重量％的0;
[0029] 其中重量％每种情况下基于玻璃的总重量。
[0030] 在前体的一个实施方案中，Pb为2的氧化态。
[0031] 在前体的一个实施方案中，W为6的氧化态。
[0032] 在前体的一个实施方案中，玻璃包含Te。
[0033] 在前体的一个实施方案中，金属颗粒为Ag颗粒。
[0034] 在前体的一个实施方案中，玻璃以基于浆料的总重量为约1重量％至约6重量％， 优选约1至约5重量％，更优选约2至约4重量％存在于浆料中。
[0035] 在前体的一个实施方案中，晶片为Si片。
[0036] 在前体的一个实施方案中，晶片包含至少一个n掺杂区和至少一个p掺杂区。
[0037] 在前体的一个实施方案中，浆料加在p掺杂区上。
[0038] 在前体的一个实施方案中，浆料加在n掺杂区上。
[0039] 在前体的一个实施方案中，浆料加在晶片的正面上。
[0040] 在前体的一个实施方案中，浆料加在晶片的背面上
[0041] 对实现上述目的中的至少一个的贡献由制备太阳能电池的方法做出，其至少包括 如下步骤：
[0042]i)提供本发明太阳能电池前体；
[0043]ii)将太阳能电池前体烧制以得到太阳能电池。
[0044] 对实现上述目的中的至少一个的贡献由可通过本发明方法得到的太阳能电池做 出。
[0045] 对实现上述目的中的至少一个的贡献由可由包含以下太阳能电池组分的太阳能 电池得到的太阳能电池做出：
[0046]a.晶片；
[0047] b.电极，其中电极包含基于电极的总重量为约0. 03至约1. 2重量％，优
[0048] 选约0.05至约1重量％，更优选约0.6至约0.8重量％的W。
[0049] 对实现上述目的中的至少一个的贡献由可由包含至少一个本发明太阳能电池和 至少另一个太阳能电池的组件得到的太阳能电池做出。
[0050] 上述实施方案可相互组合。各个可能的组合因此为本说明书的公开内容的一部 分。
[0051] 邀丑
[0052] 根据本发明优选的晶片为太阳能电池的除了其它区域外，能够以高效率吸收光以 获得电子-空穴对并以高效率在边界上，优选所谓P_n结边界上将空穴和电子分离的区域。 根据本发明优选的晶片为包含由正面掺杂层和背面掺杂层构成的单一体的那些。
[0053] 优选晶片由适当掺杂的四价元素、二元化合物、三元化合物或合金组成。就本文而 言，优选的四价元素为Si、Ge或Sn，优选Si。优选的二元化合物为两种或更多种四价元素 的组合、III族元素与V族元素的二元化合物、II族元素与VI族元素的二元化合物或者IV 族元素与VI族元素的二元化合物。优选的四价元素组合为两种或更多种选自Si、Ge、Sn或 C的元素的组合，优选SiC。优选的III族元素与V族元素的二元化合物为GaAs。根据本发 明，最优选晶片基于Si。作为晶片的最优选材料，在本申请的其余部分中明确地指Si。下 文中明确提到Si的部分也适用于上述其它晶片组成。
[0054] 晶片的正面掺杂层和背面掺杂层相遇的地方是p_n结边界。在n型太阳能电池中， 背面掺杂层掺杂有给电子n型掺杂剂且正面掺杂层掺杂有受电子或给空穴p型掺杂剂。在 P型太阳能电池中，背面掺杂层掺杂有P型掺杂剂且正面掺杂层掺杂有n型掺杂剂。根据 本发明优选通过首先提供掺杂的Si基质，然后将相对类型的掺杂层施加于该基质的一个 面上而制备具有P_n结边界的晶片。在本发明另一实施方案中，p掺杂层和n掺杂层可排 列在晶片的相同面上。该晶片设计通常称为交指型背电极，如HandbookofPhotovoltaic ScienceandEngineering，第 2 版，JohnWiley&Sons，2003,第 7 章中所例不。
[0055] 掺杂的Si基质是本领域技术人员熟知的。掺杂的Si基质可通过本领域技术人员 已知且其认为适合本发明的任何方法制备。本发明Si基质的优选来源为单晶Si、多晶Si、 无定形Si和升级冶金Si(upgradedmetallurgicalSi)，最优选单晶Si或多晶Si。掺杂形 成掺杂的Si基质可通过在Si基质的制备期间加入掺杂剂而同时进行，或者可在随后的步 骤中进行。在Si基质的制备以后掺杂可例如通过气体扩散取向生长而进行。掺杂的Si基 质也是容易市购的。根据本发明，Si基质的初始掺杂的一个选择是通过将掺杂剂加入Si混 合料中而与其形成同时进行。根据本发明，正面掺杂层和高度掺杂背面层（如果存在的话） 的施加的一个选择是通过气相取向生长进行。该气相取向生长优选在约500°C至约900°C， 更优选约600°C至约800°C，最优选约650°C至约750°C的温度下，在约2kPa至约100kPa，优 选约10至约80kPa，最优选约30至约70kPa的压力下进行。
[0056] 本领域技术人员已知Si基质可显示出多种形状、表面结构和尺寸。除别的以外， 形状可以为多种不同形状中的一种，包括立方体、圆盘、晶片和不规则多面体。根据本发明 优选的形状为晶片形状，其中晶片为具有类似，优选相同的两个维和明显小于其它两个维 的第三维的立方体。明显小就本文而言优选为小至少约100倍。
[0057] 多种表面形状是本领域技术人员已知的。根据本发明，优选具有粗糙表面的Si基 质。评估基质的粗糙度的一种方法是评估基质亚表面（sub-surface)的表面粗糙度参数， 其与基质的总表面积相比是小的，优选为总表面积的小于约百分之一，且其基本是平坦的。 表面粗糙度参数的值通过亚表面的面积与理论表面的面积的比给出，所述理论表面的面积 通过将该亚表面投射到与亚表面最佳拟合的平面上通过使均方位移最小化而形成。较高的 表面粗糙度参数值表示较粗糙、较不规则的表面，较低的表面粗糙度参数值表示较光滑、较 均匀的表面。根据本发明，优选将Si基质的表面粗糙度改性以产生多项因素（包括但不限 于光吸收和栅线在表面上的附着力）之间的最佳平衡。
[0058] 可改变Si基质的两个较大维以适合所得太阳能电池所要求的应用。根据本发明 优选Si片的厚度为约0. 5mm以下，更优选约0. 3mm以下，最优选约0. 2mm以下。一些晶片 具有约0. 01mm或更大的最小尺寸。
[0059] 根据本发明优选正面掺杂层与背面掺杂层相比是薄的。在本发明一个实施方案 中，正面掺杂层具有约l〇nm至约4ym，优选约50nm至约1ym，最优选约100至约800nm的 厚度。
[0060] 正面掺杂层通常比背面掺杂层更薄。在本发明一个实施方案中，背面掺杂层具有 比正面掺杂层更大的厚度。
[0061] 可将高度掺杂层施加于Si基质的背面上在背面掺杂层与任何其它层之间。该高 度掺杂层具有与背面掺杂层相同的掺杂类型，且该层通常以+表示（n+型层施加于n型背面 掺杂层上，P+型层施加于P型背面掺杂层上）。该高度掺杂背面层用于帮助金属化并改进基 质/电极界面上的导电性能。根据本发明优选高度掺杂背面层具有约l〇nm至约30ym，优 选约50nm至约20ym，最优选约lOOnm至约10ym的厚度，如果存在高度掺杂背面层的话。
[0062] 掺杂剂
[0063] 优选的掺杂剂为在加入Si片中时通过将电子或空穴引入能带结构中而形成p-n 结边界的那些。根据本发明优选具体地选择这些掺杂剂的特性和浓度以调整P_n结的能带 结构特征并根据需要设置光吸收和导电率特征。根据本发明优选的P型掺杂剂为将空穴加 入Si片能带结构中的那些。它们是本领域技术人员熟知的。本领域技术人员已知且其认为 适合本发明的所有掺杂剂可用作P型掺杂剂。根据本发明优选的P型掺杂剂为三价元素， 特别是周期表13族的那些。在本文中优选的周期表13族元素包括但不限于B、Al、Ga、In、 n或其中至少两种的组合，其中特别优选B。在本发明一个实施方案中，p掺杂层包含B作 为惨杂剂。
[0064] 根据本发明优选的n型掺杂剂为将电子加入Si片能带结构中的那些。它们是本 领域技术人员已知的。本领域技术人员已知且其认为适合本发明的所有掺杂剂可用作n型 掺杂剂。根据本发明优选的n型掺杂剂为周期表15族的元素。在本文中优选的周期表15 族元素包括队？、八8、513、81或其中至少两种的组合，其中特别优选？。在本发明一个实施方 案中，n掺杂层包含P作为掺杂剂。