用于制备MWT太阳能电池中的电极的包含具有多峰直径分布的Ag颗粒的导电糊的制作方法
【专利说明】用于制备MWT太阳能电池中的电极的包含具有多峰直径分布 的Ag颗粒的导电糊 发明领域
[0001] 本发明设及用于制备太阳能电池中的电极，特别是制备MWT太阳能电池中的电极， 特别是制备运类太阳能电池中的金属穿孔卷绕(wrap through)或插塞电极的包含具有多 峰直径分布的Ag颗粒的导电糊。特别是，本发明设及太阳能电池前体，制备太阳能电池的方 法，太阳能电池和包含太阳能电池的模件。
[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的副产物。因此，目前投入了大量研究W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。透射的光子被通常由半导体材料如通 常适当地渗杂的娃制成的太阳能电池吸收。吸收的光子能量激发半导体材料的电子，产生 电子-空穴对。运些电子-空穴对然后被p-n结分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娃，所述娃通常为Si晶片的形式。此处，p-n结通常如 下制备:提供n型渗杂Si基质并将P型渗杂层应用于一面上，或者提供P型渗杂Si基质并将n 型渗杂层应用于一面上，在两种情况下得到所谓的p-n结。具有应用的渗杂剂层的面通常充 当电池的正面，具有原始渗杂剂的Si的相对侧充当背面。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，但它们的使用较不 广泛地利用。
[0005] 为使太阳能电池正面上的入射光进入并被吸收，正面电极通常W分别称为"栅线 (finger)"和"汇流条(bus bars)"的两组垂直线排列。栅线形成与正面的电接触，汇流条连 接运些栅线W将电荷有效地拉引至外电路中。通常栅线和汇流条的运一排列W导电糊的形 式应用，将其烧制W得到固体电极体。背面电极也通常W导电糊的形式应用，然后将其烧制 W得到固体电极体。
[0006] 太阳能电池制备的另一路线寻求借助正面电极的背面接触而提高正面吸收的入 射光的比例。在所谓的MWT("金属穿孔卷绕"）太阳能电池中，太阳能电池的正面上的电极借 助连接正面和背面且包含电极材料的通道而与背面接触，称为金属穿孔卷绕电极或插塞电 极。
[0007] 典型的导电糊包含金属颗粒、无机反应体系和有机载体。
[000引技术发展水平需要具有改进性能的太阳能电池，特别是具有改进性能的MWT太阳 能电池。
[0009] 发明概述
[0010] 本发明一般性地基于克服关于太阳能电池，特别是关于金属穿孔卷绕太阳能电 池，特别是关于金属穿孔卷绕电极的机械和电性能的技术发展水平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显示出与MWT太阳能电池中通道的Si表面的 高物理附着力，优选同时显示出太阳能电池的其它有利电和物理性能的金属穿孔卷绕电极 的目的。
[0012] 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独立权利要求的主题做出。
[001引详述
[0014] 对实现上述目的中的至少一个的贡献由太阳能电池前体做出，所述太阳能电池前 体至少包含W下物质作为前体部分：
[0015] i)具有至少一个具有Si表面的孔的晶片；
[0016] ii)由孔包含的导电糊，所述导电糊至少包含W下物质作为糊组分：
[0017] a)金属颗粒；
[0018] b)无机反应体系；
[0019] C)有机载体;和
[0020] d)添加剂；
[0021] 其中金属颗粒具有多峰粒径分布。
[0022] 在上文和下文中，除非另外说明，所有直径分布和最大值及其d50、dl0、d90值如试验 方法中所述。
[0023] 在本发明太阳能电池前体的一个实施方案中，金属颗粒具有双峰粒径分布。
[0024] 在本发明太阳能电池前体的一个实施方案中，金属颗粒具有具有至少两个在约 0.1至约15皿，优选约0.2至约12皿，更优选约0.3至约10皿范围内的最大值的直径分布，其 中选自至少两个局部最大值的至少一对间隔至少约0.3WH，优选间隔至少约0.5WH，更优选 间隔至少1M1。在一些情况下，使用达约20WI1的直径分布中最大值的间隔。
[0025] 在本发明太阳能电池前体的另一实施方案中，金属颗粒具有具有至少两个最大值 的多峰直径分布，其中选自至少两个最大值的至少一对相隔至少约1皿，优选至少约2皿，更 优选至少约3]im。在一些情况下，使用达约20]im的直径分布中最大值的间隔。
[0026] 在本发明太阳能电池前体的一个实施方案中，金属颗粒具有具有大于约0.8,更优 选大于约0.85，最优选大于约0.9的Sarle双峰系数b的直径分布。Sarle双峰系数的值不能 大于1。
[0027] 在本发明太阳能电池前体的一个实施方案中，金属颗粒为Ag颗粒。
[0028] 在本发明太阳能电池前体的一个实施方案中，无机反应体系W约0.1至约5重 量％，优选约0.3至约3重量％，更优选约0.5至约2重量％存在于糊中。
[0029] 在本发明太阳能电池前体的一个实施方案中，至少一个孔为连接晶片的正面和背 面的通道。
[0030] 在本发明太阳能电池前体的一个实施方案中，至少一个孔中的Si表面包含至少一 个P型渗杂部分和至少一个n型渗杂部分。
[0031] 在本发明太阳能电池前体的一个实施方案中，糊与孔的Si表面直接接触。
[0032] 对实现上述目的中的至少一个的贡献由制备本发明太阳能电池前体的方法做出， 所述方法至少包括步骤:将具有相差至少约Iwn，优选至少约化m，更优选至少约3WI1的dso值 的至少两个不同部分的Ag颗粒组合W实现多峰粒径分布。在一些情况下，使用具有相隔达 约20皿的dso值的Ag颗粒部分。
[0033] 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，所述方法至 少包括步骤：
[0034] i)提供本发明太阳能电池前体，
[0035] ii)将太阳能电池前体烧制W得到太阳能电池。
[0036] 在本发明方法的一个实施方案中，根据步骤i)的提供至少包括步骤：
[0037] a)提供具有相对渗杂类型的背面渗杂层和正面渗杂层的Si晶片，
[0038] b)在晶片中制备至少一个孔；
[0039] C)将导电糊引入至少一个孔中W得到本发明前体。
[0040] 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。
[0041] 在本发明一个实施方案中，太阳能电池至少包含W下物质作为前体部分：
[0042] i)具有至少一个具有Si表面的孔的晶片；
[0043] ii)由孔包含的电极，
[0044] 其中电极在电极接触Si表面的表面处具有比电极本体更高的玻璃浓度。
[0045] 对实现上述目的中的至少一个的贡献由太阳能电池做出，所述太阳能电池至少包 含W下物质作为太阳能电池部件：
[0046] i)具有至少一个具有Si表面的孔的晶片；
[0047] ii)由孔包含的电极，
[0048] 其中存在于电极中的金属颗粒具有具有至少两个最大值的多峰直径分布，其中选 自至少两个最大值的至少一对相隔至少约Iwn，优选至少约2皿，更优选至少约3WI1。在一些 情况下，使用达约20]im的直径分布中最大值的间隔。
[0049] 对实现上述目的中的至少一个的贡献由包含至少一个本发明太阳能电池和至少 一个其它太阳能电池的模件做出。
[0050] 对实现上述目的中的至少一个的贡献由包含至少一个本发明太阳能电池和至少 一个其它太阳能电池的模件做出。
[0化1 ] 晶片
[0052] 根据本发明优选的晶片为除了其它区域外，能够W高效率吸收光W获得电子-空 穴对并W高效率将边界上，优选所谓p-n结边界上的空穴和电子分离的太阳能电池的区域。 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构成的单一体的那些。
[0053] 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HI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] 晶片的正面渗杂层和背面渗杂层相遇的地方是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n型渗杂剂且正面渗杂层渗杂有受电子或给空穴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Si基质，然后将相对类型的渗杂层应用于该基质的一面上而制备 具有p-n结边界的晶片。
[0055] 渗杂Si基质是本领域技术人员熟知的。渗杂Si基质可通过本领域技术人员已知且 他认为适于本发明上下文中的任何方法制备。根据本发明优选的Si基质来源为单晶Si、多 晶Si、无定形Si和局品位冶金Si，最优选单晶Si或多晶Si。渗杂形成渗杂Si基质可通过在Si 基质的制备期间加入渗杂剂而同时进行，或者可在随后的步骤中进行。在Si基质的制备W 后渗杂可例如通过气体扩散取向生长而进行。渗杂Si基质也是容易市购的。根据本发明，Si 基质的初始渗杂的一个选择是通过将渗杂剂加入Si混合料中而与其形成同时进行。根据本 发明，正面渗杂层和如果存在的话高度渗杂背面层的应用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的溫度下，在约化化至约IOOk化，优选约10至约SOkPa，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基质可显示出大量形状、表面结构和尺寸。除别的W外，形 状可W为大量不同形状中的一种，包括立方体、圆盘、晶片和不规则多面体。根据本发明优 选的形状为运种晶片形状，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S维的立方体。明显小就本文而言优选为小至少约100的因数。
[0057] 多种表面形状是本领域技术人员已知的。根据本发明，优选具有粗糖表面的Si基 质。评估基质的粗糖度的一种方法是评估基质次表面的表面粗糖度参数，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1 %，且其基本是平坦的。表面粗糖度参数的值 通过次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次表面投射 到与次表面最佳拟合的平面上通过使均方位移最小化而形成。较高的表面粗糖度参数值表 示较粗糖、较不规则的表面，较低的表面粗糖度参数值表示较光滑、较均匀的表面。根据本 发明，优选将Si基质的表面粗糖度改性W产生大量因素，包括但不限于光吸收和栅线在表 面上的粘着力之间的最佳平衡。
[0058] 可改变Si基质的两个较大维W适合所得太阳能电池所要求的应用。根据本发明优 选Si晶片的厚度为约0.5mmW下，更优选约0.3mmW下，最优选约0.2mmW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渗杂层与背面渗杂层相比是薄的。根据本发明优选正面渗杂 层具有约0.1至约10皿，优选约0.1至约如m，最优选约0.1至约2皿的厚度。
[0060] 可将高度渗杂层在背面渗杂层与任何其它层之间应用于Si基质的背面上。该高度 渗杂层具有与背面渗杂层相同的渗杂类型，且该层通常W+表示(n+型层应用于n型背面渗 杂层上，P+型层应用于P型背面渗杂层上）。该高度渗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。根据本发明优选如果存在的话，高度渗杂背面层具有约1至约10化 m，优选约1至约50皿，最优选约1至约15皿的厚度。
[0061 ]渗杂剂
[0062]优选的渗杂剂为在加入Si晶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运些渗杂剂的特性和浓度W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型渗杂剂为将空穴加 入Si晶片能带结构中的那些。它们是本领域技术人员熟知的。本领