导电浆料中的含Al和Ag的颗粒以及太阳能电池的制备
【专利说明】导电浆料中的含Al和Ag的颗粒W及太阳能电池的制备 发明领域
[0001] 一般而言，本发明设及包含含Al和Ag的颗粒的导电浆料及其在制备光伏太阳能 电池，优选n型光伏太阳能电池中的用途。更具体地，本发明设及导电浆料、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。
[000引发明背景
[0003] 太阳能电池是利用光伏效应将光能转化成电力的器件。太阳能是有吸引力的绿色 能源，因为其可持续且仅产生非污染性副产物。因此，目前已进行了大量研究W开发具有提 高的效率，同时持续降低材料和生产成本的太阳能电池。当光照在太阳能电池上时，一部分 入射光被表面反射，而剩余部分传递至太阳能电池中。传递的光子被太阳能电池吸收，太阳 能电池通常由半导电材料制成，例如通常被适当渗杂的娃。吸收光子的能量激发半导电材 料的电子，从而产生电子-空穴对。然后，运些电子-空穴对被p-n结分离且被太阳能电池 表面上的导电电极收集。图1显示了简单太阳能电池的最小结构。
[0004] 太阳能电池非常普遍地基于娃（通常呈Si晶片形式）。此处，p-n结通常通过提 供n型渗杂的Si衬底并在一个面上施加P型渗杂层，或者通过提供P型渗杂的Si衬底并 在一个面上施加n型渗杂层而制备，从而在两种情况下均获得所谓的p-n结。具有所施加 的渗杂剂层的面通常作为电池的正面，具有初始渗杂剂的Si相对侧作为背面。n型和P型 太阳能电池都是可能的，且已工业开发。设计成在两面上均利用入射光的电池也是可能的， 但其应用并不广泛。
[0005] 为了使太阳能电池正面上的入射光进入并吸收，正面电极通常设置成两组垂直的 直线，分别称为"栅线（finger)"和"汇流条"。栅线与正面形成电接触，而汇流条将运些栅 线连接，从而允许有效地将电荷提取到外部电路中。对栅线和汇流条的该设置而言，通常W 导电浆料的形式施加，将其赔烧W形成固体电极体。背面电极通常也W导电浆料的形式施 加，然后将其赔烧W获得固体电极体。典型的导电浆料包含金属颗粒、玻璃料和有机载体。
[0006] 最近对其中正面被P型渗杂的n型太阳能电池的兴趣日益增加。n型太阳能电池 具有相对于类似的P型电池提高电池性能的潜力，然而存在如下缺陷：由于在赔烧期间电 池受到破坏而导致效率降低。
[0007] 现有技术已进行了一些尝试W改善太阳能电池的性能。EP2472526A2描述了一种 该类尝试。
[000引因此，本领域需要改进制备n型太阳能电池的方法。
[000引发明简述
[0010] 本发明通常基于如下目的：克服与太阳能电池有关，尤其是与基于正面被P型渗 杂的晶片的那些太阳能电池（通常称为n型太阳能电池）有关的现有技术中所遇到的至少 一个问题。
[0011] 更具体地，本发明进一步基于如下目的：提供具有改善的电性能，如有利的接触电 阻的太阳能电池，尤其在n型太阳能电池中。
[0012] 本发明的另一目的是提供制备太阳能电池，尤其是n型太阳能电池的方法。
[0013] 对实现至少一个上述目的的贡献由构成本发明权利要求的主题类别作出。其他贡 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作出。
[0014] 详细描述
[0015] 对实现至少一个上述目的的贡献由一种浆料作出，其包含如下作为浆料成分：
[0016] a.至少55重量％，或至少75重量％，或至少80重量％的银粉，基于所述浆料的总 重量；
[0017] b.无机反应体系，优选玻璃料；
[001引C.有机载体；
[0019] d.包含Al和Ag作为颗粒成分的添加剂颗粒，
[0020] 其中Al和Ag作为元素，或W-种或多种包含Al和Ag之一或二者的元素单相混 合物，或者W作为元素的Al和Ag之一或二者与一种或多种元素混合物的组合形式存在于 所述添加剂颗粒中。
[0021] 在本发明浆料的一个实施方案中，所述添加剂颗粒为约0. 1-约5重量％，或约 0. 2-约3重量％，或约0. 3-约2重量％，基于所述浆料的总重量。
[0022] 在本发明浆料的一个实施方案中，所述添加剂颗粒不含大于0. 1重量％，优选不 大于0. 05重量％，更优选不大于0.Ol重量％的除Al或Ag之外的元素，基于所述添加剂颗 粒的总重量。
[0023] 在本发明浆料的一个实施方案中，所述添加剂颗粒包含至少约95重量％，优选至 少约98重量％，更优选至少约99重量％的至少一种Al和Ag的单相混合物，优选Al-Ag合 金O
[0024] 在本发明浆料的一个实施方案中，所述添加剂颗粒具有至少50%，优选至少 75%，更优选至少80%的结晶度。当存在上文所述的Al和Ag单相混合物时，优选其具有上 述结晶度。在一些情况下，当对本发明所用的添加剂颗粒进行如下所示的X射线分析时未 观察到无定形相。
[00巧]在本发明浆料的一个实施方案中，所述添加剂颗粒包含至少一个核，优选一个核， 和至少一个壳，优选一个壳，其中至少一个核具有至少一个层叠在其表面积的至少80 %，优 选至少90%，更优选至少95%，最优选100%上的壳。
[0026] 在本发明浆料的一个实施方案中，优选在其中所述添加剂颗粒具有上文所述的 核-壳结构的实施方案中，满足至少一个或多个，优选所有如下标准：
[0027] a.至少一个核包含至少90重量％，优选至少95重量％，更优选至少99重量％的 Al,基于所述核的总重量；
[0028] b.至少一个壳包含至少90重量％，优选至少95重量％，更优选至少99重量％的 Ag,基于所述壳的总重量；
[0029] C.一个或多个核，优选单一核的组合重量为至少50重量％，优选至少60重量％， 更优选至少70重量％，基于所述颗粒的总重量；
[0030] d.至少一个壳具有小于50重量％，优选小于40重量％，更优选小于30重量％的 单重，基于所述颗粒的总重量。
[0031] 该实施方案的方面设及所满足的标准（如上文所标记）的如下组合：曰，油，ac，ad， abc，abd，acd，abed，b，be，bd，bed，c，cd，（Id
[0032] 在本发明浆料的一个实施方案中，优选在其中所述添加剂颗粒具有上述合金的实 施方案中，满足如下标准中的至少一个或二者：
[003引 a.所述添加剂颗粒包含约5-约70重量％，优选约10-约65重量％，更优选约 15-约62重量％的Al,基于所述添加剂颗粒的总重量；
[0034]b.所述添加剂颗粒包含约30-约95重量％，优选约35-约90重量％，更优选约 38-约85重量％的Ag,基于所述添加剂颗粒的总重量。
[0035] 在本发明浆料的一个实施方案中，所述添加剂颗粒包含Al和Ag的共晶混合物，优 选合金。Al核和Ag壳结构的添加剂颗粒优选在烙体中显示出共晶混合物。
[0036] 在本发明浆料的一个实施方案中，优选其中在上述添加剂颗粒中存在Al-Ag 核-壳的实施方案中，满足如下标准之一或二者：
[0037] a.所述添加剂颗粒包含约50-约90重量％，优选约55-约85重量％，更优选约 60-约80重量％的Al,基于所述添加剂颗粒的总重量；
[003引 b.所述添加剂颗粒包含约10-约50重量％，优选约15-约45重量％，更优选约 20-约40重量％的Ag,基于所述添加剂颗粒的总重量。
[0039] 在本发明浆料的一个实施方案中，所述无机反应体为约0. 1-约7重量％，优选约 0. 5-约6重量％，更优选约1-约5重量％，基于所述浆料的总重量。
[0040]在本发明浆料的一个实施方案中，所述无机反应体系为玻璃料。
[0041] 在本发明浆料的一个实施方案中，所述添加剂颗粒具有约0. 1-约15ym，优选约 1-约12Jim，更优选约1-约7Jim的d日。值。
[0042] 在本发明浆料的一个实施方案中，所述添加剂颗粒具有约0.Ol-约25m7g，优选约 0. 1-约20m2/g，更优选约1-约15m2/g的比表面积。
[0043] 对实现至少一个上述目的的贡献由一种太阳能电池前体作出，其包含如下太阳能 电池前体成分：
[0044]a.晶片；
[0045]b.层叠在所述晶片上的本发明浆料。
[0046] 在本发明太阳能电池前体的一个实施方案中，所述晶片具有P渗杂层和n渗杂层。
[0047] 在本发明太阳能电池前体的一个实施方案中，所述浆料层叠在P渗杂层上。
[0048] 在本发明太阳能电池前体的一个实施方案中，n渗杂层的厚度大于P渗杂层的厚 度。
[0049] 在本发明太阳能电池前体的一个实施方案中，所述浆料层叠在所述两个渗杂层的 较薄的那个上。
[0050] 对实现至少一个上述目的的贡献由一种制备太阳能电池的方法作出，其包括如下 制备步骤：
[0051] a.提供本发明的太阳能电池前体；
[0052]b.赔烧所述太阳能电池前体W获得太阳能电池。
[0053] 对实现至少一个上述目的的贡献由一种可通过本发明方法获得的太阳能电池作 出。
[0054]在本发明的一个实施方案中，所述太阳能电池为n型太阳能电池。
[00巧]对实现至少一个上述目的的贡献由一种组件作出，其包含至少两个太阳能电池， 其中至少一个为根据本发明的太阳能电池。
[0056] 上述实施方案可彼此组合。此处，各种可能的组合为本说明书公开内容的一部分。
[0057] 晶片
[0058] 根据本发明，优选的晶片为相对于太阳能电池的其他区域，尤其能W高效率吸收 光，从而产生电子-空穴对，且W高效率通过边界，优选通过所谓的p-n结边界分离空穴和 电子的区域。根据本发明，优选的晶片为包含由正面渗杂层和背面渗杂层组成的单一物体 的那些。
[0059] 优选晶片由适当渗杂的四价元素、二元化合物、=元化合物或合金组成。就此而 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、第HI族元素与第V族元素的二元化合物、第II族元素与第VI族元素的二元化合 物或第IV族元素与第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。优选的第III族元素与第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。作为最优选的晶片材料，Si优选在本申请的其 余部分明确指出。其中明确提及Si的下文文本部分也适用于上述其他晶片组成。
[0060] 晶片的正面渗杂层与背面渗杂层相遇之处即为p-n结边界。在n型太阳能电池中， 背面渗杂层渗杂有给电子性n型渗杂剂，且正面渗杂层渗杂有电子接受性或给空穴性P型 渗杂剂。在P型太阳能电池中，背面渗杂层渗杂有P型渗杂剂，且正面渗杂层渗杂有n型渗 杂剂。根据本发明，优选通过首先提供渗杂的Si衬底，然后在该衬底的一面施加相对类型 的渗杂层而制备具有P-n结边界的晶片。就本发明而言，优选为n型太阳能电池。在本发明 的另一实施方案中，在晶片的同一面上可设置有P渗杂层和n渗杂层。该晶片设计通常称 为交指背接触（interdigitatedbackcontact),如HanclbookofPhotovoltaicScience and!Engineering，第 2 版，JohnWiley&Sons，2003,第 7 章所例示。
[0061] 渗杂的Si衬底是本领域技术人员所公知的。渗杂的Si衬底可WW本领域技术人 员所已知且认为适于本发明上下文中的任何方式制备。本发明Si衬底的优选来源为单晶 Si、多晶Si、无定形Si和升级冶金级Si,其中最优选单晶Si或多晶Si。用于形成渗杂Si衬 底的渗杂可通过在制备Si衬底期间添加渗杂剂而同时进行，或者可在随后步骤中进行。Si 衬底制备后的渗杂可例如通过气体扩散外延生长进行。渗杂Si衬底也可容易地市购。根 据本发明，一种选择是首先在其形成的同时通过将渗杂剂添加至Si混合物中而渗杂Si衬 底。根据本发明，一种选择是通过气相外延生长施加正面渗杂层和存在的话高度渗杂的背 面层。该气相外延生长优选在约500-约900°C，更优选约600-约800°C，最优选约650-约 750°C的溫度和约2-约lOOkPa，优选约10-约80kPa，最优选约30-约70kPa的压力下进行。
[0062] 本领域技术人员已知Si衬底可具有许多种形状、表面织构和尺寸。所述形状可为 许多不同形状之一，尤其包括立方体、盘状、晶片和不规则多边形