专利名称：用于太阳能电池制造的油墨和糊料的制作方法
技术领域：
本申请总体上涉及太阳能电池，具体涉及太阳能电池电极的形成。
背景技术：
接触件是光伏技术的重要部分。具体地，它在硅和硒化铜铟镓(CIGS)技术中存在困难。使用透明导电氧化物(TCO)背接触件制造的CIGS装置的电池性能在用于使用钼 (Mo)背接触件的常规CIGS装置的高吸收剂沉积温度时劣化。由于TCO电阻率增加使填充因子减小导致电池性能的劣化。电阻率增加主要是由于氧化锡(SnO2)=F中氟(F)的去除以及在CIGS/IT0和CIGS/氧化锌(ZnO)铝(Al)的界面上形成不希望的氧化镓(Ga2O3)薄层。通过在氧化铟锡(ITO)和CIGS层之间插入薄Mo层来消除Ga2O3的形成。已经开发了一种使用Al和Al合金作为接触件和互连的改进的金属互连系统用于浅的平面掺杂硅基板区。提供使用Al的接触件和互连用于肖特基(Schottky)接触，使用硅(Si)掺杂Al的接触件和互连用于欧姆接触。这种方法利用Al与Si的粘附性以及肖特基势垒关系，同时通过使用Al和Si掺杂Al的金属接触件和互连体系来尽量减少Al Si合金化(alloying)或损蚀。使用这些Mo和Al接触件组装的装置如
图1所示。目前硅太阳能电池技术发展的方向是使用较薄的硅晶片并改进转换效率。由于材料成本几乎占了硅太阳能电池总成本的50%，晶片厚度的减小能降低总体材料使用量和成本。通常这些薄硅晶片很脆，用于施加导电馈送线的常用方法(例如丝网印刷法)会对其造成损害。已有的含Al的玻璃料糊料不适合用于接触型印刷。附图简要说明图1显示了现有的CIGS和硅太阳能电池结构的例子。图2显示了 PPSQ梯形无机聚合物(HO-PPSQ-H)的化学结构。图3显示了烧结后在铝涂覆的硅上形成7 μ m厚BSF层的数字图像。图4显示了带有指叉背接触件(interdigitated back contacts)的后侧连接设计。图5是用气雾喷射打印机将铝墨印刷在硅晶片上达到小于60 μ m宽的线条的数字图像。图6是显示铝墨粘附性的表。图7是显示铝墨薄片电阻性质的表。图8是显示铝墨光烧结性质的表。图9显示了气雾应用方法。图10显示了丝网印刷应用方法。图11显示了喷墨应用方法。
图12是显示可喷墨印刷的铝墨的墨性质的表。图13显示了太阳能电池装置结构的截面图。发明详述
发展用于接触件的改进的方法的需求日益增加，该方法不同于目前使用的方法中现有的物理气相沉积(PVD)和照相平版印刷。具体地，发展溶液基常压工艺来生产这些接触件是理想的。该方法更经济，环境友好并且更节省材料。证实该方法非常成功地用于银和镍/铜顶接触件。然而至今，由于Al和Mo固有的化学性质很难从Al和Mo制得优良的前体。Al的问题是它的金属形式和金属有机形式都很活泼，Mo的问题是它倾向于氧化反应以及它更难合成前体。所有这些金属化的一种方法是使用纳米颗粒基油墨。近来，在所有这些金属的大量单分散的小颗粒的实际合成上取得了显著进步。此外，已经作了相当多的工作用化学结合剂包覆这些纳米颗粒，它能在最终形成双电极至金属接触之前稳定颗粒表面，使得能干净地释放颗粒。非接触印刷能使较薄硅晶片的破损减少并增加制造产量。能使用非接触印刷技术施用于硅太阳能电池形成背接触件的铝墨对于硅太阳能工业是有利的。铝墨用于工业规模的硅太阳能电池生产，形成合金化的背面电场(BSF)层来改进硅太阳能电池的电性能。在工业方法条件下控制电池性能最重要的变量是a)油墨化学性质，b)沉积重量和c)烧制条件。需要降低硅晶片厚度来改进硅的利用并降低太阳能电池材料的成本。因增加Al层导致的晶片弯曲在硅晶片厚度降至低于240微米时开始成为问题。 通常，弯曲随着糊料沉积量降低而减小，但存在一个实际下限，低于这个下限丝网印刷Al 糊料会导致不均一的BSF层。近来，更多的研究关注糊料化学效果和微结构烧制条件的研发(见 S. Kim等，“用于薄晶片的铝糊料(Aluminum Pastes For Thin Wafers) ”，会议，IEEE PVSC，奥兰多(2004) ；F.Huster，“用于在硅太阳能电池BSF形成的丝网印刷铝糊料合金化工艺的石if究(Investigation of the Alloying Process of Screen Printing Aluminum Pastes for the BSF Formation on Silicon Solar Cells) ”，第 20 届欧洲光生伏打太阳能会议，巴塞罗那(2005))。Al墨由Al粉、含铅玻璃料、载剂以及与有机载剂混合的添加剂配制而成。但未来欧洲联盟规章可能会要求最终组装的太阳能电池中不含铅。制造新一代Al墨的一些目标是1)消除Al墨中的含铅玻璃料；2)减少墨的沉积量来降低硅晶片厚度减小到低于240微米时出现的硅晶片弯曲；3)形成BSF层来使电池达到更好的电性能；4)减小烧制的Al墨和硅之间的热膨胀系数(CTE)失配。可使用与RTP(快速热处理工艺)类似的红外_带式炉来烧结用于硅太阳能电池背接触件的Al糊料。烧制Al糊料的工艺时间为几分钟。烧制温度高达800°C时，这个过程中形成含硅的铝合金。Al糊料在氮气氛中进行烧制。铝墨由以下组合配制而成醇、胺、无机酸、羧酸、水、醚、多元醇、硅氧烷、聚合物分散剂、BYK分散剂和添加剂、磷酸、二羧酸、水基导电聚合物、聚乙二醇衍生物例如曲通 (Triton)家族化合物、酯和醚-酯组合。纳米尺寸和微米尺寸的Al颗粒都能用于该制剂。不使用传统玻璃料粘合剂的铝墨制剂当烧制工艺熔化玻璃料材料并将其与基板结合时玻璃料粉末可以用作无机粘合剂来使功能材料粘附于基板。玻璃料基质基本上由金属氧化物粉末如PbO、SiO2和B2O3组成。由于这些氧化物粉末形式的性质，玻璃料材料在基板上的不连续覆盖会产生烧制Al粘附不均一的问题。为了改进Al在硅上的粘附，需要向Al墨制剂中引入一种材料，所述材料同时具有对Al和基板相对较强的粘合强度。图2中显示了一种硅梯形聚合物，聚苯基硅倍半氧烷(PPSQ)，它是具有顺-间同立构双链结构的无机聚合物(参见J. F. Brown, Jr.，J. Polym. Sci. IC (1963) 83)。由于其官能团，这种材料具有SiO2的良好物理性质。PPSQ的一个例子是聚苯基硅倍半氧烷 ((C6H5SiOl5)x)。所述PPSQ聚合物可以在基板上旋涂和丝网印刷为薄膜和厚膜，作为用于微电子应用的具有良好粘合性的介电材料。与玻璃料粉末不同，这种PPSQ材料可以溶解于溶剂得到溶液，这样粉末能分散在粘合剂基质中得到基板上均一的粘合层。这种材料可以在 200°C固化，其热稳定性高达500°C，它是用于油墨制剂的优良粘合剂，可以代替玻璃料材料。这些PPSQ型聚合物可以通过其它的官能化学基团例如C2H5O-PPSQ-C2H5和CH3-PPSQ-CH3 终止粘合。这种无机聚合物可用作玻璃料的新的替代物，提供了可通过非接触方法印刷的配制油墨和糊料。这样能生产更薄、更脆、成本更低的硅晶片，而原本需要含玻璃料的油墨或糊料的印刷方法会损坏这些硅晶片。
通过干燥并烧结含有这种无机聚合物的AL墨和糊料，将载剂和分散剂分解并蒸发。所述无机聚合物同时分解，留下二氧化硅结构，代替了现有技术中玻璃料的功能。这样这种方法制作的PV电池电极主要由Al和一些SiO2组成。在Al墨和糊料中使用PPSQ粘合剂的一个优点是烧制铝中的硅残余物能降低硅和烧制铝之间的热膨胀失配。结果是PPSQ基Al墨明显降低了任一晶片弯曲。可以通过混合40 50wt. % PPSQ材料和40 50wt. %乙酸2_ 丁氧基乙酯并搅拌至少30分钟来制备PPSQ溶液。PPSQ溶液的粘度为500-5000CP。这一过程之后，按以下方法配制PPSQ Al墨配方1 A)A1墨(P-A1-3-PQ-1)由Al粉(7g 3微米Al微米级粉末)、乙基纤维素(Ig)、 萜品醇(4g)和PPSQ溶液(Ig)配制而成。所述墨在玻璃烧杯中混合并通过三辊研磨器10次。B) Al 墨(P-A1-3-A1-100-PQ-1)由 Al 粉(6g 3 微米 Al 微米级粉末和 Ig 100 纳米 Al纳米级粉末)、乙基纤维素(Ig)、萜品醇(4g)和PPSQ溶液(Ig)配制而成。所述墨在玻璃烧杯中混合并通过三辊研磨器10次。配方2 Al 墨(P-A1-3-A1-100-PQ-1)由 Al 粉(6g 3 微米 Al 微米级粉末和 Ig 100 纳米 Al纳米级粉末)、乙基纤维素(Ig)、萜品醇(4g)和PPSQ溶液(Ig)配制而成。所述墨在玻璃烧杯中混合并通过三辊研磨器10次。热烧结铝墨Al墨P-AL-3-G-1通过拉杆沉积涂覆在硅和氧化铝上。将涂层在100°C干燥10分钟，再放入真空管式炉进行热烧结。所述烧结可在氮气氛中进行。烧结温度大约为750°C。 将所述炉从室温加热至750°C再冷却至室温需要1小时。硅和陶瓷上的薄层电阻达到低至3毫欧姆/ □ (millohms/square)。烧结后观察不到Al珠。所述Al涂层具有相当光滑的表面，没有任何大的Al珠存在于其表面。用胶带测试评价粘合性。图6中表格里所示粘合性分数为9，表示胶带剥离后没有材料粘附在胶带上。 在空气中和真空中快速热烧结铝墨Al墨P-AL-3-G-1通过拉杆沉积涂覆在硅和氧化铝上。可将所述涂层在100°C干燥10分钟。或者，可将所述涂层以200°C至250°C之间的温度在空气中干燥约1分钟。再将管式炉在空气中加热至760°C。将石英基材支架上的干燥后的Al样品在空气中缓慢地推入管式炉。所述样品在760°C保持1分钟，再缓慢地拉出所述管式炉。如图7中表格所示， 硅上薄层电阻可达到30毫欧姆/ 口。当Al墨样品在750°C真空烧结时能得到更低的电阻。将石英基材支架上的干燥后的Al样品在空气中缓慢地推入750°C管式炉。再使用机械泵抽吸管式炉约1分钟。抽吸1 分钟后，关闭泵并将管式炉与大气相通。需要大约1分钟来接通所述炉。接通后，将样品从炉中拉出并冷却至室温。真空烧结约二分钟能得到薄层电阻为5毫欧姆/口。空气中微波烧结铝墨所述铝墨可以沉积在硅或陶瓷基板上。可以使用微波炉(标准家庭用)来加工所述铝墨。加工时间为1-5分钟。微波加工涂覆在硅基板上的Al墨是成功的，但未观察到Al在陶瓷基板上的烧结。 原因是导热的硅能吸收微波能从而自身加热。这种来自硅的热量促进涂覆的Al墨的烧结。 用微波烧结可以达到样品角(corners)上的薄层电阻为5毫欧姆/ 口。微波方法的一个优点是空气中烧结可以相对较短小于10分钟的时间进行。需要导电基板例如硅。由于在Al墨上非均一地加热，可能产生不均勻的问题。对于硅基太阳能电池，微波能也可能损坏p-n结，或损坏基板或电极。用快速热处理方法(RTP)烧结铝墨传统的IR-带式炉或快速热处理方法也能用于烧结Al糊料来制作硅上的电接触件。烧制Al墨的工艺时间为几分钟。当温度高达800°C时，这个过程中形成含硅的铝合金。 必需在氮气氛下烧制Al糊料来达到较低的电阻。用RTP烧结或IR带式炉能达到样品角上的薄层电阻为5毫欧姆/口。光烧结通过光烧结来制备并固化铝墨。光烧结涉及用短波长的高强度脉冲光固化印刷的金属墨，使金属纳米颗粒转化成金属导体。结果如图8所示。除Al或Mo之外，之前这种方法已成功地用于银、铜和其它金属的纳米颗粒。由于Al形成强粘结氧化物层，Mo的熔点非常高很难烧结成导体，这两种金属很难使用这种方法。总结a.不使用传统玻璃料配制铝墨。硅梯形聚合物，聚苯基硅倍半氧烷(PPSQ)可用于配制铝墨。所述铝墨包括微米尺寸的Al粉、Al纳米颗粒、PPSQ、乙酸2-丁氧基乙酯、乙基纤维素和萜品醇.b.墨和糊料都能进行配制。c.与大多数约25微米的市售玻璃料基Al墨相比，厚度小于20微米的PPSQ基Al 墨能达到低至3毫欧姆/□的薄层电阻。这样能减小薄太阳能电池的晶片弯曲。
d. PPSQ基Al墨能达到低至5微-欧姆.厘米的电阻率。e.微米尺寸的Al粉和Al纳米颗粒(IOOnm至500nm)都能用于配制Al墨。多种粒度的Al粉(包括Al纳米颗粒)的混合物烧结后未观察到形成Al珠。f.在炉中快速真空烧结Al墨约2分钟与在空气中烧结相比，可以使Al涂层达到更低的电阻。g.硅上的Al 墨可以通过微波辐射烧结得到良好的导体。用于喷墨打印的铝墨用于喷墨打印的铝墨可由铝纳米颗粒、载剂、分散剂、粘合剂材料、功能添加剂配制而成。铝纳米颗粒的粒度小于500nm，优选小于300nm。所述载剂包括一种溶剂或溶剂的混合物，所述溶剂包含一种或多种含氧(oxygenated)有机官能团。所述含氧有机化合物表示中等链长的脂族醚乙酸酯、醚醇、二醇和三醇、溶纤剂、卡必醇或芳族醚醇等。所述乙酸酯可以选自乙酸2- 丁氧基乙酯、丙二醇单甲醚乙酸酯、二甘醇单乙醚乙酸酯、乙酸2-乙氧基乙酯、二乙酸乙二醇酯等。所述醇可以选自苯甲醇、2-辛醇、异丁醇等。所选化合物的沸点为 100°C至 2500C O分散剂的重量百分比为0.5%至10%。所述分散剂可以选自含离子型官能团的有机化合物，例如Disperbyk 180、Disperbyk 111。非离子型分散剂也可以选自Triton X-100、Triton X-15、Triton X-45、Triton QS-15、直链烧基醚(Cola Cap MA259, Cola Cap MA1610)、季铵化烷基咪唑啉(Cola Solv IES和Cola Solv TES)和聚乙烯基吡咯烷酮 (PVP)。铜纳米颗粒的加载浓度为10%至高达60%。配制的墨可用超声混合，然后球磨来改善分散。配制的铝墨通过孔径为1微米的过滤器。用于喷墨印刷的铝墨的一个例子是由乙酸2-丁氧基乙酯、苯甲醇、Disperbyk 111 和粒度小于IOOnm的铝纳米颗粒配制而成。图12中表格显示了铝墨例子的墨性质。如本文所述，所述墨可以用Dimatix喷墨打印机在聚合物基板例如聚酰亚胺上喷墨。铝墨可以用激光和光烧结系统(一种光脉冲)来烧结。激光烧结得到比光烧结更低的电阻率，能达到1. 4 X ΙΟ"2 Ω . cm。也可以用其它烧结技术来烧结铝墨，以达到更低的电阻率， 包括快速热烧结、带式炉烧结和微波烧结等。用于喷涂印刷的铝墨用于喷涂印刷的铝墨由微米尺寸和纳米尺寸的铝粉的混合物配制而成。所述铝墨可以包含溶剂、分散剂、铝粉和添加剂。硅酮基无机聚合物材料，例如聚(氢甲基硅氧烷)(poly (hydromethylsiloxane)) (PHMS)、硅酮-梯形聚苯基硅倍半氧烷(PPSQ)聚合物等，可以用作粘合剂材料。所述无机聚合物可溶于墨溶剂中。随着温度增加聚合物中碳基被除去，留下包含Si-O键的3-D无定形无规网状物。所述无规氧化硅的热膨胀系数与硅晶片接近，因此高温烧结后烧结铝和硅之间的内应力降低。此外，硅和烧结铝间界面上铝-硅合金的形成也得到了强结合强度的膜。用于喷涂印刷的铝墨的一个例子由乙酸2-丁氧基乙酯、苯甲醇、Disperbyk 111、 PPSQ和铝粉配制而成。所述铝粉可以是铝纳米颗粒和微米尺寸铝粉的混合物。所述铝纳米颗粒的粒度为30nm至高达500nm。所述微米尺寸的铝粉粒度为1微米至20微米。墨的粘度可调节为20cP至2000cP，具体取决于所使用的沉积技术类型。
也可以添加氧化物粉末来进一步改进粘附并促进在硅上形成厚BSF层。所述氧化物可以是氧化锌、氧化硼、氧化铋等。氧化物粉末的粒度为50nm至lOOOnm。用于喷涂印刷的含氧化物纳米颗粒的铝墨的另一个例子由乙酸2-丁氧基乙酯、 苯甲醇、Disperbyk 111、PPSQ、铝粉和氧化锌纳米颗粒配制而成。所述铝粉可以是铝纳米颗粒和微米尺寸铝粉的混合物。所述铝纳米颗粒的粒度为30nm至高达500nm。所述微米尺寸的铝粉粒度为1微米至20微米。所述铝墨通过空气刷枪在ρ型硅晶片上印刷。铝涂覆的硅晶片可以在真空中或在空气中在热管式炉中800°C烧结。得到低于ΙΟπιΩ/cm的薄层电阻和与硅极佳的欧姆接触。 如图3所示，热烧结后形成BSF层。所述BSF层能防止太阳能电池界面附近的少数载体重新结合，对实现硅太阳能电池的高转化效率至关重要。带式炉和快速热处理系统也可以用来烧结所述铝墨。用于喷涂印刷并且与硅有极佳欧姆接触的铝墨的另一个例子采用挥发性溶剂例如2-丙醇、乙醇和丙酮等配制而成。所述墨还可以包括PPSQ、分散剂和其它添加剂。所述挥发性溶剂有利于制备更均一的厚度并避免喷涂中铝的迁移。配制的墨可用超声混合，然后球磨来改善分散。所述铝墨可以用喷涂印刷技术，例如空气刷喷涂、压缩空气喷涂枪、雾化喷涂枪等进行喷涂。用于气雾喷射印刷的铝墨参见图4，后侧连接、指叉背接触件(IBC)的太阳能电池与各个面上带接触件的前侧连接太阳能电池相比有几个优点。将所有的接触件移至电池后侧消除了接触件的遮蔽， 得到高短路电流(JSC)。所有接触件设置在电池的后侧使得串联电阻损失降低，这是由于避免了在串联电阻和反射比之间的平衡，接触件可以制作得更大。将所有的接触件设置在同一侧简化了模块制作中的电池布置(stringing)并且改进了填充因子。互连中晶片上降低的应力增加了产量，特别是大的薄晶片的产量。目前IBC通过真空沉积制作并通过光刻方法图案化，成本高并且很难缩减制造成本。目前商业可用的印刷技术，例如丝网印刷不能印刷用于IBC的窄电极。气雾喷射印刷发出准直束使得分辨率维持在较宽范围的远离距离，另外气雾喷射印刷能得到的远离距离比喷墨印刷能得到的远离距离更大。而喷墨印刷需要流体的粘度小于20cp，气雾喷射印刷中可使用相对高粘度的流体(高达 5000cP)来生成1. 5μπι大小的气雾滴。可通过使用多个喷嘴来放大气雾喷射印刷技术用于高体积太阳能电池制造。因此，如图4所示，气雾喷射印刷技术能印刷窄电极用于指叉背接触件太阳能电池。也可以使用适当的配制银墨通过气雾喷射印刷技术来印刷银电极。需要适当地配制铝墨用于气雾喷射印刷。用于气雾喷射印刷的铝墨由微米尺寸铝粉和纳米尺寸粉末配制而成。所述铝墨也可以包含合适的溶剂、分散剂、铝粉和其它添加齐U。也可以添加无铅玻璃料来进一步改进粘合并促进硅上厚BSF层的形成。玻璃料粉末的粒度为50纳米至3微米。用于喷涂印刷的铝墨的一个例子由乙酸2-丁氧基乙酯、苯甲醇、Disperbyklll、 PPSQ和铝粉配制而成。所述铝粉可以是铝纳米颗粒和微米尺寸铝粉的混合物。所述铝纳米颗粒的粒度为30nm至高达500nm。所述微米尺寸的铝粉粒度为1微米至20微米。墨的粘度可调节为20cP至2000cP。
也可以添加氧化物粉末来进一步改进粘附并促进在硅上形成厚BSF层。所述氧化物可以是氧化锌、氧化硼、氧化铋等。氧化物粉末的粒度为50nm至lOOOnm。气雾喷射打印机可以用配制的铝墨印刷精细线条。图5显示了在硅晶片上印刷的铝电极的线宽。铝涂覆的硅晶片可以在真空中或在空气中在热管式炉中800°C烧结。得到电阻率为10_5Q.cm。带式炉和快速热处理系统也可以用来烧结所述铝墨。钼墨和糊料钼墨可以由以下组合配制而成醇、胺、烷烃礼至；链长)、长链醇、醚-酯、芳族化合物、嵌段共聚物、官能化硅烷和静电稳定的水性体系。可以在制剂中使用纳米级Mo颗粒。薄Mo膜用作基板(例如玻璃)和CIGS(二硒化铜铟镓)光伏膜之间的粘合中间层。钼具有电导性和与CIGS和基板材料的粘合性质的独特组合。本发明作出之前，本领域制作Mo膜的技术是超高真空技术，例如溅射涂覆。这些技术昂贵并且费时，因此不能用于大规模制造。或者，Mo微米颗粒的导电糊料和墨能用来生成所需要的膜；但这些糊料需要极高的烧结温度( 1600°C )来制成导体(参见美国专利第4，576，735和4，381，198号)。 CIGS太阳能电池中其它的组分不能耐受这种高温。在本发明的实施方式中，描述了 Mo纳米颗粒基墨或含Mo和Cu纳米颗粒混合物的墨，它能经过印刷、接着干燥、然后在室温和压力下暴露于高强度光而烧结成薄导电膜。钼墨配方Mo墨可由Mo粉(2g 85nm Mo纳米颗粒)、异丙醇(1. 7g)和己胺(0. 3g)配制而成。 所述墨可在玻璃瓶中混合并在超声浴中搅拌10分钟。或者，为得到更稳定的墨分散体，可用Mo粉(2g 85nm Mo纳米颗粒)、己烷(1. 2g) 和辛醇(0. Ig)来配制墨。所述墨可在玻璃瓶中混合并在超声浴中搅拌10分钟。用钼墨制备玻璃上钼膜的方法在玻璃基板上通过下拉涂覆来制作Mo墨的膜。再通过在100°C的烘箱中热干燥1 小时将载剂和分散剂从膜中除去。再将干燥膜在高强度可见光中曝光亚毫秒的时间，由此制得导电膜。这一步骤称为烧结。烧结前干燥膜的体积电阻率大于2xl08Q.cm。烧结后， 膜的薄层电阻降低，降幅大于10个数量级。本发明方法得到了电阻率低至7xlO_4Q.cm的钼膜。干燥并烧结后，最终电极几乎全由钼组成，仅留有少量有机残余物。钼和铜混合物墨配方Mo (0. 6g，85nm Mo纳米颗粒)和Cu (0. 15g，50nm Cu纳米颗粒)纳米颗粒粉末与异丙醇(0. 7g)和辛胺(0. 2g)混合。所述墨在玻璃瓶中混合并在超声浴中搅拌10分钟。用Mo墨制备玻璃上Mo膜的方法在玻璃基板上通过下拉涂覆来制作混合金属墨的膜。再通过在100°C的烘箱中热干燥1小时将载剂和分散剂从膜中除去。再将干燥膜在高强度可见光中曝光亚毫秒的时间，由此制得导电膜。这一步骤称为烧结。烧结前干燥膜的体积电阻率大于2χ108Ω. cm。烧结后，膜薄层电阻降低，降幅大于10个数量级。本发明方法得到了电阻率低至2.5χ10_4Ω. cm的Mo和Cu混合膜。在干燥和烧结后，最终电极几乎全由钼和铜金属组成，仅留有少量有机残余物。总结
a.将由载剂、分散剂和Mo纳米颗粒配制而成的墨涂覆并烧结后得到导电Mo膜。 这种膜可以用作CIGS光伏材料和支承层(例如玻璃)之间的导电粘合中间层。这种方法制作得到的Mo膜电阻率能低至7X 10_4 Ω . cm。b.由不同金属组成的纳米颗粒混合物的墨制成导电膜是一种降低膜电阻率的方法。Mo和Cu的混合物与单独使用Mo相比的效果改进了三倍。图9描述了施用本发明实施方式 墨的气雾方法。冷凝气体203充入气雾雾化器 202从墨溶液201中生成喷雾。使用遮蔽掩模205将墨混合物206喷涂在选定区域。为了防止溶液206流入不希望的区域，可在喷涂过程中将基板204的前侧和后侧都加热至 50°C-100°C。将基板204前后上下喷涂多次直到混合物206均勻地覆盖整个表面。然后将其在空气中自然干燥或使用加热灯207干燥。也可以加热基板。图10描述了根据本发明的实施方式，将墨混合物沉积在基板上的丝网印刷方法。 基板1501置于基板平台/卡盘1502上，与图像丝网漏印板1503接触。再用刮板1505将墨混合物1504(用本发明所述方法制作)“抹”在整个图像丝网漏印板1503上。这样混合物1504仅在图像丝网漏印板1503敞开处正下方的区域与基板1501接触。再降下基板平台/卡盘1502显示出基板1501上图案化的材料。再将图案化的基板从基板平台/卡盘上移出。图11描述了本发明实施方式中用分配器或喷墨打印机将墨混合物沉积在基板上的一个实施方式。打印头1601以理想的方式在基板1604上平移。随着打印头在基板1604 上平移，打印头1601喷出含墨混合物的液滴1602。这些液滴1602接触基板1604形成打印材料1603。在一些实施方式中，加热基板1604以使液滴中的溶剂快速蒸发。基板温度可以是70°C-8(TC。分配过程中可以在打印头1601上施加热和/或超声能。另外，可以使用多个打印头。图13描述了使用厚度为ΙΟΟμπι至300μπι的P型单晶硅或多晶硅基板1301制作的太阳能电池装置。表面处理后通过扩散得到N型硅发射层1302。接着在N型层1302上形成减反射和钝化层1303，通常是通过化学气相沉积得到的氮化硅层。然后在钝化层1303 上形成前栅极1304。可以用银墨印刷得到前栅极1304。印刷铝墨作为背接触电极1305。前栅极1304和后铝接触件1305可以一起烧制或分开烧制。烧制后，栅极1304和 N型层1302之间形成欧姆接触。烧制过程中通过扩散在铝层和P型硅之间的界面中也形成本发明实施方式的铝_硅合金和BSF (背面电场)层1306。
权利要求
1.一种用于制造硅太阳能电池电极的铝墨组合物，其包含铝粉、载剂、无机聚合物和分散剂。
2.如权利要求1所述的铝墨组合物，其特征在于，所述无机聚合物是含硅的无机聚合物。
3.如权利要求2所述的铝墨组合物，其特征在于，所述含硅的无机聚合物是聚苯基硅倍半氧烷(PPSQ)。
4.如权利要求2所述的铝墨组合物，其特征在于，所述含硅的无机聚合物是聚(氢甲基硅氧烷)(PHMS)。
5.如权利要求1所述的铝墨组合物，其特征在于，所述铝粉包含粒度为Iym至20μπι 的微米级铝粉和粒度为30nm至500nm的铝纳米颗粒。
6.如权利要求1所述的铝墨组合物，其特征在于，所述载剂选自下组乙酸2-丁氧基乙酯、乙基纤维素和萜品醇。
7.如权利要求1所述的铝墨组合物，其特征在于，所述组合物还包括包含无机氧化物纳米粉末的添加剂。
8.如权利要求7所述的铝墨组合物，其特征在于，所述无机氧化物纳米粉末的粒度为 30nm 至 lOOOnm。
9.如权利要求1所述的铝墨组合物，其特征在于，所述载剂是溶剂。
10.如权利要求1所述的铝墨组合物，其特征在于，所述溶剂选自下组乙酸2-丁氧基乙酯和苯甲醇。
11.如权利要求1所述的铝墨组合物，其特征在于，所述溶剂选自下组丙酮、乙醇和 2-丙醇。
12.一种制造硅太阳能电池的方法，所述方法包括在P型硅半导体基板上形成N型硅层；在N型硅层上沉积减反射和钝化层；在硅半导体基板的背面印刷铝墨组合物形成背接触电极；和烧结所述背接触电极从而在背接触电极和P型硅半导体基板之间形成欧姆接触。
13.如权利要求12所述的制造硅太阳能电池的方法，其特征在于，所述铝墨组合物还包含铝粉、载剂、无机聚合物和分散剂。
14.如权利要求13所述的制造硅太阳能电池的方法，其特征在于，所述无机聚合物是含硅的无机聚合物，所述含硅的无机聚合物选自下组聚苯基硅倍半氧烷(PPSQ)和聚(氢甲基硅氧烷)(PHMS)。
15.如权利要求13所述的制造硅太阳能电池的方法，其特征在于，所述铝粉包含粒度为1 μ m至20 μ m的微米级铝粉和粒度为30nm至500nm的铝纳米颗粒。
16.如权利要求12所述的制造硅太阳能电池的方法，其特征在于，所述方法还包括包含无机氧化物纳米粉末的添加剂，所述无机氧化物纳米粉末的粒度为30nm至lOOOnm。
17.一种用于制造CIGS太阳能电池电极的钼墨组合物，其包含钼纳米粉末、载剂和分散剂。
18.如权利要求17所述的组合物，其特征在于，所述组合物还包含铜纳米颗粒。
19.如权利要求17所述的组合物，其特征在于，所述电极是CIGS光伏材料和支承层之间的导电粘合中间层 。
全文摘要
一种由P型硅半导体基板上的N型硅层形成的硅太阳能电池。将减反射和钝化层沉积在N型硅层上，再将铝墨组合物印刷在硅晶片后侧来形成背接触电极。将背接触电极烧结以使电极和P型硅层之间形成欧姆接触。所述铝墨组合物可以包括铝粉、载剂、无机聚合物和分散剂。太阳能电池的其它电极也可以用所述铝墨组合物以类似的方法制备。
文档编号H01L23/48GK102439716SQ200980145858
公开日2012年5月2日 申请日期2009年11月12日 优先权日2008年11月14日
发明者D·M·让德西尔, J·诺瓦克, P·B·莱克斯顿, 李运钧 申请人:应用纳米技术控股股份有限公司