一种导电浆料及其在n型硅片太阳能电池中的应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及导电浆料及太阳能电池技术领域，具体地说是一种导电浆料及其在N 型硅片太阳能电池中的应用。
【背景技术】
[0002] 太阳能电池是一种将太阳的光能直接转化为电能的半导体器件。由于它是绿色环 保产品，不会引起环境污染，而且利用的是可再生资源，所以在当今能源短缺的情形下，太 阳能电池具有广阔的发展前景。
[0003] 太阳能电池的种类繁多，其中，N型太阳能电池由于可以达到较高的转换效率，受 到越来越多业内人士的关注。P型硅衬底的"硼氧对"会引起效率衰减问题，采用N型硅衬 底则没有这个问题。一般N型硅的少子寿命较长，一般在IOOys以上，所以N型硅衬底有 利于提尚太阳能电池的光电效率。
[0004] 但是，N型硅太阳能电池有一个普遍的不足是电池电极与半导体的电接触不够充 分。对于N型硅太阳能电池，发射极掺杂一般为硼，而非P型太阳能电池的磷，这使得两种 娃片表面的逸出功（work function)有所不同。另外N型娃片和P型娃片发射极的表面掺 杂浓度也不同。以上两点区别导致传统的P型太阳能电池的正面银浆不能直接使用在N型 电池上。现有的N型电池的银浆接触电阻仍然偏高，从而导致一定的能量损失。
[0005] 电极与半导体的接触电阻与半导体表面的掺杂原子的浓度有很大的关系。表面掺 杂浓度越高，一般接触电阻就越低。但是，如果整个发射极的表面掺杂浓度太高，少子在发 射极中的复合就会增大，光电转换效率会降低。所以不能单凭增加 N型硅片表面掺杂浓度 来达到降低接触电阻的效果。另外，N型硅片的发射极(硼）的掺杂浓度调节起来没有P型 硅片的发射极(磷）那么容易和方便。实际上，N型硅片发射极的表面掺杂浓度要比P型硅 片的低。因此，开发一个好的导电浆料以有效的降低接触电阻及提高电池光电转换效率，是 当前N型硅太阳能电池领域亟待解决的问题。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种用于太阳能电池的导电浆 料，并采用该导电浆料制备N型硅片太阳能电池的P型发射极电极，从而使得该导电浆料用 于N型硅片太阳能电池中，该导电浆料通过使硅片形成自我掺杂，从而使与电极接触的发 射极局部面积的掺杂浓度变高，降低接触电阻以提高太阳能电池的转换效率。
[0007] 本发明的目的是通过以下技术方案解决的： 一种导电浆料，其特征在于：该导电浆料的组成及重量百分含量为：银粉65-94%、第二 金属粉0. 1-20%、掺杂剂0. 1-10%、玻璃粉0. 6-12%、添加剂0. 1-4%和有机载体4-20%，且该 导电浆料的各组分重量百分含量之和为100% ;其中所述第二金属粉与硅的共晶点温度小 于硅片的烧结温度峰值。
[0008] 所述第二金属粉与硅的共晶点温度小于600°C。
[0009] 所述的第二金属粉为铝粉、金粉、铜粉、镁粉中的任意一种、或者任意两种的组合、 或者任意三种的组合、或者四种的组合。
[0010] 所述的第二金属粉为球形、片状或不规则形状的铝粉且铝粉颗粒直径为1-10 μm。
[0011] 所述的掺杂剂为受体掺杂剂，该掺杂剂为硼、铝、镁、铟、稼以及含硼化合物、含铝 化合物、含镁化合物、含铟化合物和含稼化合物中的任意一种、或者任意两种以上的组合。
[0012] 所述的掺杂剂为球形或片状，且掺杂剂的颗粒直径为0. 2-10 μm的粉末。
[0013] 所述的银粉为球形或片状，且银粉的颗粒直径为1-6 μ m。
[0014] 所述的玻璃粉采用颗粒直径为0. 3-15 μ m的含铅玻璃粉，含铅玻璃粉的组成及摩 尔百分含量为：35-80%的氧化铅、0. 5-45%的氧化娃、12-50%的氧化硼和0. 1-10%的氧化 铝，且各组分的摩尔百分含量之和为100%。
[0015] 所述的玻璃粉采用颗粒直径为0.3-15 μπι无铅玻璃粉，其组成及摩尔百分含量 为：0. 5-25%的氧化硅、20-40%的氧化锌、15-50%的氧化硼、15-40%的氧化铋、0. 5-10%的氧 化钡和0. 1-10%的氧化铝，且各组分的摩尔百分含量之和为100%。
[0016] 所述的添加剂为粘度调节剂、表面活性剂、稳定剂、分散剂、增稠极、润湿分散剂和 消泡剂中的至少一种。
[0017] 所述的有机载体为有机树脂和溶剂的混合物，其中树脂为甲基纤维素、乙基纤维 素、羧甲基纤维素和羟乙基纤维素中的至少一种，溶剂为松油醇、松节油、卡必醇和环己酮 中的至少一种。
[0018] 本发明还提供了一种采用所述的导电浆料制备N型硅片太阳能电池的P型发射极 电极的方法，其特征在于：其步骤包括： (1) 提供N型半导体衬底，所述半导体衬底包含N型基底层、N型基底层前表面的P型 发射极、P型发射极上的前表面减反射层、N型基底层的后表面钝化层； (2) 将所述的导电浆料印刷到前表面减反射层上并烘干，其中所述导电浆料的组成及 重量百分含量为：银粉65-94%、第二金属粉0. 1-20%、掺杂剂0. 1-10%、玻璃粉0. 6-12%、添加 剂0. 1-4%和有机载体4-20%，且该导电浆料的各组分重量百分含量之和为100% ;其中所述 第二金属粉与硅的共晶点温度小于硅片的烧结温度峰值； (3) 印刷背面导电浆料，并烘干； (4) 烧结形成电极欧姆接触。
[0019] 所述步骤（4)的烧结过程中的烧结温度峰值范围为750-1000°C，烧结时间为 30s_5min〇
[0020] 所述步骤（1)中的前表面减反射层为氮化硅层、氧化硅层、氧化铝层、氧化钛层、氧 化铟锡层、氧化锌层、氢化非晶硅层、氢化微晶硅层、氢化非晶碳化硅层中的任意一种、或者 两种以上的组合层，且前表面减反射层的厚度为1-200纳米。
[0021] 所述步骤（1)中的后表面钝化层为氮化硅层、氧化硅层、氧化铝层、氢化非晶硅层、 氢化微晶硅层、氢化非晶碳化硅层中的任意一种、或者两种以上的组合层。
[0022] 所述步骤（1)中所用的N型半导体衬底为单晶硅片或者多晶硅片。
[0023] 为了最终应用该导电浆料，本发明还提供了一种N型硅片太阳能电池，使用制备 的N型硅片太阳能电池的P型发射极电极构成的太阳能电池。
[0024] 本发明相比现有技术有如下优点： 本发明所提供的导电浆料能够与硅片形成自掺杂接触，从而降低接触电阻。由于导电 浆料中的第二金属粉与硅能形成较低的共晶点温度且该共晶点温度小于硅片的烧结温度 峰值；在烧结过程中，硅片与导电浆料接触的点在烧结温度达到峰值时将形成液相，随着温 度再次降低，通过液相外延熔融的硅再次形成，杂质原子会被加入到再次生长的硅晶格中， 或者渗透到硅片之中，从而形成自我掺杂，使与电极接触的发射极局部面积的掺杂浓度变 高，从而降低接触电阻；同时，发射极上其余大部分面积的掺杂浓度还是保持原来浓度；因 此，该导电浆料能够降低与N型硅片太阳能电池的P型发射极的接触电阻，减少少数载流子 在导电浆料下表面的复合速率，提高电池的开路电压和短路电流，从而提高N型硅片太阳 能电池的转换效率。
【具体实施方式】
[0025] 为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下对 本发明进行进一步详细说明。
[0026] 本发明提供了一种导电浆料，该导电浆料的组成及重量百分含量为：银粉 65-94%、第二金属粉0. 1-20%、掺杂剂0. 1-10%、玻璃粉0. 6-12%、添加剂0. 1-4%和有机载体 4-20%，且该导电浆料的各组分重量百分含量之和为100%;其中所述第二金属粉与硅的共 晶点温度小于硅片的烧结温度峰值，进一步的限定条件为第二金属粉与硅的共晶点温度小 于 600。。。
[0027] 其中所述的第二金属粉为与硅的共晶点温度小于烧结温度的任意一种金属粉或 几种金属粉的组合，比如铝粉、金粉、铜粉或镁粉中的任意一种、或者任意两种的组合、或者 任意三种的组合、或者四种的组合；其中铝和硅的共晶点温度是577°C、金和硅的共晶点温 度是363°C。进一步限定条件为：其中所述的第二金属粉为球形、片状、不规则形状或其他 任意形状的铝粉且铝粉颗粒直径为1-10 μ m，铝粉颗粒的直径进一步限定为2-5 μ m ;且本 发明实例中使用的铝粉的纯度为99%或更高，当然根据对产品的不同要求，也可以使用较 低纯度的铝粉。在本发明提供的方案中，颗粒的直径通过采用激光衍射散射法测量其分布 而获得，并定义其为D50。
[0028] 其中所述的掺杂剂为受体掺杂剂，掺杂剂一般为硼、铝、镁、铟、稼以及含硼化合 物、含铝化合物、含镁化合物、含铟化合物和含稼化合物中的任意一种、或者任意两种以上 的组合；掺杂剂为球形、片状或任意其他形状的粉末，且粉末颗粒直径为任意大小，通常粉 末颗粒直径为0. 2-10 μ m，进一步限定粉末颗粒直径为0. 5-2 μ m。
[0029] 其中所述的银粉形状为任意形状，包括球形或片状，进一步限定为球形；银粉颗 粒的直径能够为任意大小，然而颗粒的大小会影响浆料的烧结特性，例如较大的银颗粒比 较小的银颗粒烧结更慢，本发明提供的方案中银粉颗粒直径通常为1-6 ym，进一步限定为 1-2 μ m。本发明提供的方案中使用的银粉纯度是99%或更高纯度的，当然根据对产品的不 同要求，也可以使用较低纯度的银粉。
[0030] 导电浆料中的玻璃粉在烧结过程中有蚀刻穿透前表面减反射层、帮助电极接触硅 片的作用，同时还可以促进银粉的结和。在玻璃粉的选择中，具有多种选择，从大的方面来 说，一般为三种选择，第一种方案是：玻璃粉采用颗粒直径为0. 3-15 μ m的含铅玻璃粉，进 一步限定的范围为〇. 5-6 μm的含铅玻璃粉，含铅玻璃粉的组成及摩尔百分含量为：35-80% 的氧化铅（Pb0)、0. 5-45%的氧化硅（Si02)、12-50%的氧化硼（B2O3)和0. 1-10%的氧化铝 (Al2O3),且各组分的摩尔百分含量之和为100% ;第二种方案是：玻璃粉采用颗粒直径为 0. 3-15