用于导电糊组合物的银-铅-硅酸盐玻璃的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及导电糊组合物。具体而言，该糊用于太阳能电池技术中，尤其是用于形 成正面电极。在一个方面，导电糊组合物包含导电金属颗粒、有机载体和玻璃料。除其它组 分外，玻璃料包含银或含银化合物。本发明另一方面是通过将本发明导电糊施加于硅晶片 上而制得的太阳能电池。本发明还提供包含电互连的太阳能电池的太阳能电池板。根据另 一方面，本发明还提供生产太阳能电池的方法。
[0002] 发明背景
[0003] 太阳能电池是使用光生伏打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性的副产物。在操作中，当光击中太阳能电池 时，一部分入射光被表面反射，其余透射到太阳能电池中。透射光的光子被通常由半导体材 料如硅制成的太阳能电池吸收。来自吸收的光子的能量由半导体材料的原子激发电子，产 生电子_空穴对。这些电子-空穴对然后被P_n结分开并被应用于太阳能电池表面上的导 电电极收集。这样，电可在互连的太阳能电池之间传导。
[0004] 太阳能电池通常具有施加于其正面和背面上的导电糊，所述导电糊在烧制时形成 电极。用于形成正面电极的典型导电糊包含金属颗粒、玻璃料（glass grit)和有机载体。 通常选择这些组分以充分利用所得太阳能电池的理论电位。例如，理想的是使导电糊与硅 表面以及金属颗粒本身之间的接触最大化，使得电荷载流子可通过硅界面流至太阳能电池 正面上的印刷指线（finger line)和母线（busbar)。为提供该接触，组合物中的玻璃颗粒 在烧制时蚀刻通过抗反射涂层并帮助建立导电金属与下面硅基底之间的接触。另一方面， 玻璃必须不会侵蚀性太强以致它在烧制以后分流p-n结。因此，目的是使接触电阻最小化， 同时保持P_n结完整以实现改进的效率。由于玻璃在金属层和硅晶片的界面的绝缘效应， 已知的组合物具有高接触电阻。另外，已知的是玻璃料具有宽熔融温度范围，使得它的行为 强烈取决于加工参数。
[0005] 因此，需要用于导电糊中的玻璃组合物，其改进糊与下面基底之间的电接触以及 粘着。
【发明内容】
[0006] 因此，包含银或含银化合物的本发明玻璃组合物显示出改进的电接触。另外，银或 银化合物的存在改变玻璃料的玻璃化转变温度，因此可根据改变的规格调整玻璃料的熔融 行为和所得加工参数。
[0007] 本发明提供导电糊组合物，所述组合物包含金属颗粒，包含氧化铅、二氧化硅和银 或含银化合物的玻璃料，和有机载体。
[0008] 本发明还提供通过将本发明导电糊施加于硅晶片上并将硅晶片烧制而制得的太 阳能电池。
[0009] 本发明另一方面为包含电互连的本发明太阳能电池的太阳能电池模块。
[0010] 本发明还提供生产太阳能电池的方法，所述方法包括步骤：提供具有正面和背面 的硅晶片，将本发明导电糊施加于硅晶片上，和将硅晶片烧制。
【具体实施方式】
[0011] 本发明涉及可用于形成太阳能电池上的电极的导电糊组合物。尽管不限于该应 用，这类糊可用于在太阳能电池的正面上形成电极，提供在太阳能电池之间进行传导的路 径。导电糊组合物优选包含导电金属颗粒、有机载体和玻璃料，所述玻璃料包含银或含银化 合物。
[0012] 导电糊
[0013] 所需导电糊为高导电以使所得太阳能电池的效率最佳化的导电糊。可选择糊的组 分及其比例使得糊制得具有最佳电性能的电极并且使得该糊容易印刷。实现改进的电性能 的一种方法是提高导电糊与下面硅基底之间的接触的量。
[0014] 本发明导电糊通常包含导电金属颗粒、有机载体和玻璃料。根据一个实施方案， 导电糊包含基于糊的100 %总重量约70-99重量％金属颗粒、约0. 1-15重量％玻璃料、约 1-15重量％有机载体。根据一个实施方案，导电糊进一步包含无机和有机添加剂。
[0015] 玻璃料
[0016] 本发明玻璃料充当粘着介质，促进金属导电颗粒与硅基底之间的结合，因此提供 太阳能装置的寿命期间可靠的电接触性能。具体而言，玻璃料蚀刻透过硅基底的表面层 (例如抗反射层），因此可在导电糊与硅晶片之间进行有效的接触。由于玻璃在导电糊与硅 晶片之间的绝缘效应，某些玻璃组合物在硅界面产生高接触电阻。本发明玻璃料的优点是 提供了较低的接触电阻和较高的总电池效率。
[0017] 根据一个实施方案，玻璃料基于导电糊的100 %总重量为约0. 1-20重量％，优选 约0. 2-12重量％，更优选约0. 3-8重量％，最优选约0. 5-5重量％。
[0018] 优选的玻璃料为显示出玻璃化转变的无定形或部分结晶固体的粉末。玻璃化转变 温度1为无定形物质在加热时从刚性固体转变成部分可动的过冷熔体时的温度。用于测定 玻璃化转变温度的方法是本领域技术人员已知的。具体而言，使用DSC设备SDT Q600 (可 由TA Instruments市购）测定玻璃化转变温度Tg，该设备同时记录差示扫描量热（DSC)和 热重分析（TGA)曲线。该仪器装配有水平天平和具有铂/铂-铑（R型）热电偶的炉。所 用试样夹持器为容量为约40-90 y 1的氧化铝陶瓷坩埚。对于测量和数据评估，分别应用测 量软件Q Advantage ;Thermal Advantage Release 5. 4.0和Universal Analysis 2000,版 本4. 5A Build 4. 5. 0. 5。作为用于参比和试样的盘，使用容积为约85 y 1的氧化错盘。将 约10-50mg量的试样以O.Olmg的精确度称入试样盘中。将空参比盘和试样盘放入设备中， 将烘箱关闭并启动测量。使用l〇K/min的加热速率从25°C的起始温度至1000°C的最终温 度。将仪器中的天平总用氮气（N 25. 0)清洗，以及将烘箱用合成空气（来自Linde的80% 队和20% 0 2)清洗，流速为50ml/min。使用上述软件将DSC信号中的第一步骤评估为玻璃 化转变，且将测定的开始值作为Tg温度。
[0019] 优选，玻璃化转变温度低于所需的导电糊烧制温度。根据本发明，优选的玻璃料具 有约200°C至约700°C，优选约250°C至约650°C，最优选约250°C至约500°C的玻璃化转变 温度。
[0020] 在本发明上下文中，玻璃料优选包含银或含银化合物。不愿受任何特定理论束缚， 申请人认为银或含银化合物提高了玻璃料的密度，导致在玻璃与硅基底之间的界面处最小 的间隙形成，以及导致玻璃与金属颗粒之间改进的界面。另外，玻璃组合物的性能，包括其 玻璃化转变温度和熔融温度可通过改变存在于玻璃中的银的量而调节。这容许可调整的加 工参数满足多种温度特异性应用。
[0021] 另外，通常存在于玻璃料中的硼可被银或含银化合物替代。玻璃料中硼的存在倾 向于导致玻璃料在所得导电糊的烧制期间快速结晶，这又会负面地影响玻璃流动行为。在 一个实施方案中，玻璃料不含或者基本不含硼。
[0022] 根据一个实施方案，玻璃料包含基于玻璃料的100%总重量约0. 1-30重量％，优 选约0. 1-20重量％，更优选约5-10重量％银或含银化合物。具有大于30重量％的银含量 的玻璃料可在玻璃熔融期间产生相分离。含银化合物的合适实例包括但不限于银的氧化 物，例如AgO和Ag 20，银的卤化物，例如AgF、AgCl、AgBr和Agl，和银的硫属元素化物，例如 Ag2S、Ag 2Se、Ag2Te，及其组合。根据一个优选的实施方案，使用Ag20。
[0023] 除银或含银化合物外，可在玻璃料中包含其它元素、氧化物和在加热时产生氧化 物的化合物或它们的混合物。在一个优选实施方案中，玻璃料包含氧化铅（PbO)、二氧化 硅（Si0 2)和银或含银化合物。在一个实施方案中，玻璃料包含基于玻璃的100 %总重量约 10-99重量％ PbO,优选约70-99重量％ PbO,更优选约70-90重量％，更优选约75-85重 量％?13〇。在另一实施方案中，玻璃料包含基于玻璃的100%总重量约10-70重量％ PbO,优 选约20-50重量％，最优选约20-30重量％ PbO。玻璃料可包含基于玻璃的100%总重量约 〇. 1-15重量％ Si02，优选5-15重量％ Si02，更优选5-10重量％ Si02。
[0024] 在另一实施方案中，玻璃料可包含其它铅基化合物，包括但不限于铅卤化物盐、铅 硫属元素化物、铅碳酸盐、铅硫酸盐、铅磷酸盐、铅硝酸盐和有机金属铅化合物或者可在热 分解期间形成氧化铅或盐的化合物。在备选实施方案中，玻璃料可以是无铅的。
[0025] 除上面提到的组分外，玻璃料还可包含用于改进所得导电糊的接触性能的其它化 合物。例如，玻璃料还可包含 Li、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba、V、Zr、Mo、Mn、Zn、B、P、Sn、 Ga、Ge、In、Al、Sb、Bi、Ce、Cu、Ni、Cr、Fe或Co的氧化物或其它化合物，它们的任意组合。这 类氧化物和化合物的实例包括但不限于锗氧化物、钒氧化物、钼氧化物、铌氧化物、锂氧化 物、锡氧化物、铟氧化物、稀土氧化物（例如La 203或铈氧化物）、磷氧化物、过渡金属氧化物 (例如铜氧化物和铬氧化物）、金属卤化物（例如铅氟化物和锌氟化物），及它们的组合。在 一个优选实施方案中，玻璃料包含氧化铝（例如A1 203)、氧化锌（ZnO)或二者。这类氧化物 和化合物优选以玻璃料的约〇. 1-15重量％的总量存在。在另一优选实施方案中，玻璃料还 包含二氧化碲（Te02)。优选，玻璃料包含约0. 1至约25摩尔％二氧化碲。在另一实施方案 中，玻璃料不包含碲的氧化物（例如Te02)。
[0026] 根据一个实施方案，玻璃料包含：约0. 1至约30摩尔％，更优选约1至约10摩尔％ 银或含银化合物；约40-75摩尔％，优选约60-75摩尔％ PbO ;约20-30摩尔％ Si02jt 1-10 摩尔％，优选约2-5摩尔％ A1203;和约1-10摩尔％，优选约2-5摩尔％ ZnO。
[0027] 本领域技术人员熟知，玻璃料颗粒可显示出多种形状、表面性质、尺寸、表面积： 体积比和涂层。玻璃料颗粒的大量形状是本领域中已知的。一些实例为球形、有角的、细长 的（棒或针状）和平的（片状）。玻璃料颗粒还可作为不同形状的颗粒的组合存在。根据 本发明优选的是具有对制得的电极的改进电接触有利的形状或形状组合的玻璃料颗粒。不 考虑颗粒的表面性质而表征形状的一种方式是通过以下参数：长度、宽度和厚度。在本发明 上下文中，颗粒的长度以最长空间位移矢量的长度给出，其两个