具有促粘玻璃的导电浆料的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用在太阳能面板技术中，尤其是用于形成背面焊盘的导电浆料组合 物。具体地讲，在一个方面，本发明是一种包含导电颗粒、有机载体和玻璃料的导电浆料组 合物。该玻璃料包含Bi 2〇3、Al2〇3、Si〇2、B2〇3，和Li2〇或Li3P〇4两者中的至少一种。根据另一个 实施方案，该导电浆料组合物还可以包含粘合增强剂。本发明的另一个方面是一种太阳能 电池，该太阳能电池通过将本发明的导电浆料施加到硅晶片的背面以形成焊盘而制成。本 发明还提供一种包含电互连的太阳能电池的太阳能面板。根据另一个方面，本发明还提供 一种制造太阳能电池的方法。
[0002] 发明背景
[0003] 太阳能电池是使用光伏效应将光能转变成电的装置。太阳能是一种引人关注的绿 色能源，因为其为可持续的且仅产生无污染的副产物。因此，目前大量研究致力于开发具有 增强的效率同时持续地降低材料和制造成本的太阳能电池。
[0004] 当光照到太阳能电池时，一部分入射光被表面反射而其余部分则透射到太阳能电 池中。透射光的光子被太阳能电池吸收，该太阳能电池通常由诸如硅的半导体材料制成。来 自所吸收的光子的能量激发该半导电材料从其原子产生电子，从而生产电子-空穴对。这些 电子-空穴对接着被p-n结分离并由施加到该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。具体地讲，p-n结由硅通过将η型 扩散层施加到Ρ型硅基板上，与两个电接触层或电极耦合而制成。在Ρ型半导体中，将掺杂剂 原子添加到半导体以便增加自由载流子(正空穴)的数量。掺杂材料本质上从半导体原子带 走结合较弱的外层电子。Ρ型半导体的一个实例为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，掺杂剂原子将额外的电子提供给主基板，从而产生过量 的负电子载流子。η型半导体的一个实例为具有磷掺杂剂的硅。为了使太阳能电池对阳光的 反射减至最少，将抗反射涂层(诸如氮化硅)施加到η型扩散层以增加耦合至太阳能电池中 的光量。
[0006] 太阳能电池典型地在其前表面和后表面上施加有导电浆料。正面浆料使得形成电 极，该电极传导由电子交换产生的电（如上所述），而背面浆料用作焊接接头以经由涂有焊 料的导电线以串联方式连接太阳能电池。为了形成太阳能电池，首先诸如通过丝网印刷银 浆料或银/铝浆料将后部触点施加到硅晶片的背面以形成焊盘。接下来，将背面铝浆料施加 到硅晶片的整个背面，与焊盘的边缘略微重叠，接着对电池进行干燥。图1示出了硅太阳能 电池1〇〇,其具有横过电池的长度的焊盘110,以及印刷在整个表面上的铝背面120。最后，使 用不同类型的导电浆料，典型地为含银浆料，可将金属触点丝网印刷到硅晶片的正面以用 作前电极。当光进入时，在电池正面或前部上的该电接触层典型地以由指状线和母线构成 的格栅图案存在，而不是一个完整层，因为金属格栅材料典型地不透光。接着，在约700-975 °〇的温度下，对印刷有正面和背面浆料的硅基板进行烧制。在烧制期间，正面浆料蚀刻穿过 抗反射层，在金属格栅与半导体之间形成电接触，且将金属浆料转变成金属电极。在背面 上，铝扩散至硅基板中，充当掺杂剂，从而产生背表面场(BSF)。该电场有助于提高太阳能电 池的效率。
[0007] 所得的金属电极使得电能够流向太阳能面板中所连接的太阳能电池以及从这些 太阳能电池流出。为了组装面板，将多个太阳能电池以串联和/或并联方式连接且第一个电 池与最后一个电池的电极末端优选地连接至输出接线。太阳能电池典型地被封装于透明热 塑性树脂中，诸如硅橡胶或乙烯-乙酸乙烯酯。将透明玻璃板置于封装用透明热塑性树脂的 前表面上。将背面保护材料(例如，涂有聚氟乙烯膜且具有良好机械特性和良好耐候性的聚 对苯二甲酸乙二醇酯板)置于封装用热塑性树脂之下。这些分层材料可以在适当的真空炉 中加热以除去空气，接着通过加热和压缩而整合成一体。此外，由于太阳能模块典型地长期 处于露天环境中，因此需要用由铝等组成的框架材料覆盖太阳能电池的周围。
[0008] 供背面使用的典型导电浆料包含金属颗粒、玻璃料和有机载体。这些组分必须小 心地加以选择以充分利用所得太阳能电池的理论电位。由通常包含银或银/铝的背面浆料 形成的焊盘特别重要，因为焊接至铝背面层实际上是不可能的。这些焊盘可被形成为沿着 硅基板长度延伸的条棒形式(如图1中所示），或沿着硅基板的长度布置的不连续区段的形 式。这些焊盘必须良好地粘附至硅基板，且必须能够经受焊接接线时的机械操作，同时对太 阳能电池的效率无有害影响。
[0009] 用于测试背面焊盘的粘附力的典型方法是将焊线施加到银层焊盘，接着测量相对 于基板以某一角度(典型地为180度)剥离焊线所需的力。一般来讲，大于2牛顿的拉力为最 低要求，而力越大被认为越符合需要。因此，需要具有改善的粘合强度的背面浆料组合物。 [0010] 美国专利第7,736,546号和第7,935,279号公开了包含了6〇2，和扮2〇 3、3丨02及其组 合中的一种或多种的无铅玻璃料。这些专利还公开了包含这些玻璃料的导电油墨和施加有 此类导电油墨的制品。'546和'279专利的导电浆料组合物通过渗透硅基板且与其形成欧姆 接触而用于在太阳能电池上形成正面表面电极。
【发明内容】
[0011] 本发明提供一种用于在太阳能电池上形成背面焊盘的导电浆料组合物，该组合物 包含金属颗粒;包含扮2〇3^12〇 3、3丨02、82〇3，和1^2〇或1^3?〇4两者中的至少一种的玻璃料 ；以 及有机载体。
[0012] 本发明还提供一种太阳能电池，该太阳能电池包括具有正面和背面的硅晶片，以 及形成于该硅晶片上的由本发明的导电浆料制成的焊盘。
[0013] 本发明的另一个方面涉及一种太阳能电池模块，该模块包括电互连的本发明的太 阳能电池。
[0014] 本发明还提供一种制造太阳能电池的方法，该方法包括以下步骤:提供具有正面 和背面的硅晶片，将根据本发明的导电浆料组合物施加到该硅晶片的背面上，以及根据适 当的轮廓对该硅晶片进行烧制。
【附图说明】
[0015] 通过参照以下【具体实施方式】，当结合以下附图1考虑时，将易于获得对本发明及其 许多伴随益处的更完整理解和更好的了解，该附图为根据本发明示例性实施方案的在硅太 阳能电池的整个长度上印刷有银焊盘的电池背面的平面图。
【具体实施方式】
[0016]本发明涉及一种可用于施加到太阳能电池背面的导电浆料组合物。该导电浆料组 合物优选地包含金属颗粒、玻璃料和有机载体。该导电浆料也可包含粘合增强剂。尽管不限 于此类应用，但此类导电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 在模块中将太阳能电池互连的焊盘。
[0017]图1说明了沉积在娃太阳能电池100的背面上的示例性焊盘110。在该特定实例中， 丝网印刷的银焊盘110横过硅太阳能电池100的长度。在其它构造中，这些焊盘可以为不连 续的区段。这些焊盘可呈任何形状和大小，诸如本领域中已知的形状和大小。在硅太阳能电 池100的背面上还印刷有第二背面浆料，例如含铝浆料，且第二背面浆料与焊盘110的边缘 形成接触。该第二背面浆料在烧制时形成太阳能电池100的BSF 120。
[0018] 导电浆料
[0019] 本发明的一个方面涉及用于形成背面焊盘的导电浆料组合物。所需的背面浆料为 具有高粘合强度以实现最佳的太阳能电池机械可靠性，同时还优化太阳能电池的电性能的 背面浆料。根据本发明的导电浆料组合物一般由金属颗粒、有机载体和玻璃料构成。该导电 浆料组合物还可以包含粘合增强剂。根据一个实施方案，以该浆料的总重量为100%计，背 面导电浆料包含约30-75重量％的金属颗粒、约1-10重量％的玻璃料、约20-60重量％的有 机载体和约〇. 01-5重量％的粘合增强剂。
[0020] 玻璃料
[0021] 如与常规浆料组合物相比，本发明的玻璃料使所得导电浆料的粘合强度得到改 善。用于印刷背面焊盘的导电浆料的金属含量对该浆料的粘合强度具有影响。以该浆料的 总重量为100 %计，较高的金属颗粒含量，例如介于60-75重量％之间，提供更佳的粘附力， 因为有更多的可焊接材料可用。当金属含量低于60重量％时，粘合力急剧降低。因此，该玻 璃料甚至变得更加重要，因为其补偿了粘合强度的降低。此外，用于形成焊盘的某些浆料可 与施加到硅太阳能电池的整个背面表面上以形成BSF的铝浆料相互作用。当此情形发生时， 在背面焊接浆料与表面铝浆料重叠的区域处形成气泡或缺陷。本发明的玻璃组合物减轻这 种相互作用且提供较低的总后栅极电阻和串联电阻。
[0022] 本发明的玻璃料优选包含別2〇3^12〇3、5丨0 2、82〇3，和1^20或1^疋〇4中的至少一种。 根据一个实施方案，以玻璃组分的总重量为100%计，该玻璃料包含约30-99.9%，优选约 50-99.9%，更优选约70-90%的則203 ;约0.01-15%，更优选约1-10%的厶1203 ;约0.01-15%，更优选约 1-10% 的Si02;约0.01-10%，更优选约0.01-5% 的B2〇3;以及约0.01-20%， 更优选约5-15%的Li20和/或Li 3P04。经测定，相对于常规浆料，这样的组合可改善所得的浆 料组合物粘合特性。
[0023]根据本发明的其它实施方案，导电浆料中存在的玻璃料可包含其它元素、氧化物、 在加热时产生氧化物的化合物，或其混合物。在这一情形中，优选的元素为硅、B、A1、Bi、Li、 恥、]\%、？13、211、6(1、〇6、2广11、]\111、311、1?11、(：〇、？6、〇1、83和0，或其组合。根据一个实施方案，该 玻璃料可含铅或可基本上不含铅。可掺入玻璃料中的优选氧化物可包括碱金属氧化物、碱 土金属氧化物、稀土氧化物、第V族和第VI族氧化物、其它氧化物或其组合。在这一情形中， 优选的碱金属氧化物为氧化钠、氧化锂、氧化钾、氧化铷、氧化铯或其组合。在这一'倩形中， 优选的碱土金属氧化物为氧化铍、氧化镁、氧化钙、氧化锶、氧化钡或其组合。在这一情形 中，优选的第V族