含有脂族一元醇的导电糊料的制作方法
【专利说明】含有脂族一元醇的导电糊料 发明领域
[0001] 总体而言，本发明涉及含有脂族醇的导电糊料以及它们在生产光伏太阳能电池中 的用途。具体而言，本发明涉及导电糊料，太阳能电池前体，生产太阳能电池的方法，太阳能 电池和太阳能组件。
[0002] 发明背景
[0003]太阳能电池是使用光伏效应将光能转换成电力的器件。太阳能是吸引人的绿色能 源，因为它可持续且仅产生非污染性副产物。因此，大量研宄目前正致力于开发效率提高且 同时持续降低材料和制造成本的太阳能电池。当光达到太阳能电池时，一部分入射光被表 面反射且剩余部分透射进入太阳能电池。透射的光子被通常由半导体材料如通常适当掺杂 的硅制成的太阳能电池吸收。被吸收的光子能量激发该半导体材料的电子，产生电子-空 穴对。这些电子-空穴对随后被p-n结分隔并被太阳能电池表面上的导电电极收集。图1 示出了简单太阳能电池的最小构造。
[0004]太阳能电池非常常见的是基于硅，该硅通常呈Si晶片形式。这里P-n结通常通过 提供n型掺杂的Si基板并对一个面施加p型掺杂层或者通过提供p型掺杂的Si基板并对 一个面施加n型掺杂层以在这两种情况下得到所谓的p-n结而制备。施加有掺杂剂层的面 通常用作电池的正面，具有原始掺杂剂的Si晶片的相对侧用作背面。n型和p型太阳能电 池二者均是可能的且已经在工业上利用。被设计成控制入射在两个面上的光的电池也是可 能的，但其使用尚未广泛受控。
[0005]为了允许在太阳能电池正面上的入射光进入并被吸收，通常将前电极排列成两组 垂直线，分别称为"指针"和"汇流线"。指针形成与正面的电触点，且汇流线连接这些指针 以允许电荷被有效撤出至外部电路。常见的是将指针和汇流线的该设置以导电糊料形式应 用，将该糊料烧制而得到固体电极体。通常还以导电糊料形式应用背电极，然后将该糊料烧 制而得到固体电极体。典型的导电糊料含有金属粒子、玻璃料和有机载体。
[0006]最近越来越关注n-型太阳能电池，其中正面是P-型掺杂的。n-型太阳能电池具 有与相似P-型电池相比改进的电池性能的潜力，但是由于在烧制期间对电池的损害而存 在缺点，导致效率降低。
[0007]现有技术中已经有一些尝试以改进太阳能电池的性能。一种尝试参见EP2472526A2。
[0008]因此，现有技术中需要改进生产太阳能电池的方法。
[0009] 发明概述
[0010] 本发明总体是基于克服在关于太阳能电池的现有技术中存在的至少一个问题的 目的。
[0011] 更具体而言，本发明进一步基于改进糊料的有效印刷时间的目的，优选同时保持 优良的太阳能电池性能，优选保持优良的短路电流密度Js。。
[0012] 本发明的一个目的是改进糊料在筛网上的流动，进而改进在清洁之前筛网可以用 于印刷的时间。对于清洁的需要可以通过在筛网上出现干区域、并可以导致电极的中断和 随后电池性能的损害来观察。一个目的是改进流动和/或印刷时间且同时保持印刷指针的 高纵横比。
[0013] 本发明的另一个目的是提供生产太阳能电池的方法。
[0014] 为实现至少一个上述目的所做出的贡献是来自构成本发明权利要求所列的主题。 另一个贡献是来自本发明从属权利要求的主题，它们代表本发明的具体实施方案。
[0015] 发明详述
[0016] 为实现至少一个上述目的所做出的贡献是一种糊料，其含有以下糊料成分：
[0017]a?金属粒子；
[0018] b.无机反应体系；
[0019]c.有机载体，
[0020] 其中有机载体含有约1-15重量％的具有按每分子计不超过1个0原子的脂族一 元醇，基于有机载体的总重量计。
[0021] 在所述糊料的一个实施方案中，所述醇是〇1(|-〇24醇，优选Cn-C2(l醇，更优选C12_C14 醇，最优选C13醇。
[0022] 在所述糊料的一个实施方案中，所述醇是支化的脂族醇。
[0023] 在所述糊料的一个实施方案中，所述醇是饱和的脂族醇。
[0024] 在所述糊料的一个实施方案中，所述醇是末端脂族醇。
[0025] 在所述糊料的一个实施方案中，所述醇是十三醇。
[0026] 在所述糊料的一个实施方案中，所述醇是异_醇。
[0027] 在所述糊料的一个实施方案中，所述醇是异_十二醇。
[0028] 在所述糊料的一个实施方案中，所述醇是约3-11重量％，优选约3. 5-8重量％，更 优选约4-6重量％，基于有机载体的总重量计。
[0029] 在所述糊料的一个实施方案中，有机载体是约3-23重量％，优选约6-15重量％， 更优选约8-13重量％，基于糊料的总重量计。
[0030] 在所述糊料的一个实施方案中，金属粒子是银。
[0031] 在所述糊料的一个实施方案中，金属粒子是至少约70重量％，优选至少约75重 量％，更优选至少约80重量％，基于糊料的总重量计。
[0032] 在所述糊料的一个实施方案中，糊料的粘度是约5_33Pa*s，优选约8_25Pa*s，更 优选约 10_20Pa*s。
[0033] 在所述糊料的一个实施方案中，无机反应体系是玻璃，优选玻璃料。
[0034] 在所述糊料的一个实施方案中，无机反应体系是约0. 1-6重量％，优选约0. 5-5 重量％，更优选约1-4重量％，基于糊料的总重量计。
[0035] 在所述糊料的一个实施方案中，糊料还含有具有按每分子计至少两个0原子的 醇。
[0036] 为实现至少一个上述目的所做出的贡献是一种前体，其含有以下前体组分：
[0037]a.晶片；
[0038] b.根据本发明的糊料，其置于上所述晶片上。
[0039] 为实现至少一个上述目的所做出的贡献是一种生产太阳能电池的方法，包括以下 生产步骤：
[0040]i.提供根据本发明的前体；
[0041]ii.烧制前体以得到太阳能电池。
[0042] 在所述方法的一个实施方案中，将糊料施加到晶片的正面。
[0043] 在所述方法的一个实施方案中，将糊料是通过筛网施加的。
[0044] 在所述方法的一个实施方案中，糊料是作为图案施加的，特别是线条，其具有约 20-100ym的宽度，优选约30-90ym，更优选约40-80ym。
[0045] 为实现至少一个上述目的所做出的贡献是一种太阳能电池，其可以通过本发明方 法获得。
[0046] 在太阳能电池的一个实施方案中，太阳能电池含有宽度为约20-100ym的电极， 优选约30-90ym，更优选约40-80ym。
[0047] 在太阳能电池的一个实施方案中，太阳能电池含有纵横比（电极高度与电极宽度 之比）为约0.01-2的电极，优选约0.05-1. 5,更优选约0. 1-1。
[0048] 为实现至少一个上述目的所做出的贡献是一种组件，其含有至少两个太阳能电 池，其中至少一个太阳能电池是根据本发明的太阳能电池。
[0049] 上述实施方案可以彼此组合。每个可能的组合也是本发明公开内容的一部分。
[0050] 邀丑
[0051] 本发明的优选晶片是在太阳能电池的其他区域中能够以高效率吸收光而产生电 子-空穴对并以高效率横跨边界、优选横跨所谓的P_n结边界分开空穴和电子的区域。本 发明的优选晶片是包含由掺杂正面层和掺杂背面层构成的单一体的那些。
[0052] 优选该晶片由适当掺杂的四价元素、二元化合物、三元化合物或合金构成。就此而 言优选的四价元素是Si、Ge或Sn，优选Si。优选的二元化合物是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IV族 元素与VI族元素的二元化合物。四价元素的优选组合是两种或更多种选自Si、Ge、Sn或C 的元素的组合，优选SiC。优选的III族元素与V族元素的二元化合物是GaAs。根据本发 明最优选该晶片基于Si。作为用于该晶片的最优选材料的Si在整个本申请的其余部分明 确提及。其中明确提到Si的下列文段部分也适用于上述其他晶片组合物。
[0053] 晶片的掺杂正面层和掺杂背面层汇合之处是p_n结边界。在n型太阳能电池中， 掺杂背面层被给予电子的n型掺杂剂掺杂，且掺杂正面层被接受电子或给予空穴的p型掺 杂剂掺杂。在P型太阳能电池中，掺杂背面层被P型掺杂剂掺杂，且掺杂正面层被n型掺杂 剂掺杂。根据本发明优选通过首先提供掺杂的Si基板并随后对该基板的一个面施加相对 类型的掺杂层而制备具有p-n结边界的晶片。在本发明的另一个实施方案中，P-掺杂层和 n-掺杂层可以布置于晶片的同一表面上。这种晶片设计通常称为数字间背接触，例如参见 "光伏科学和工程手册"(HandbookofPhotovoltaicScienceandEngineering),第2版， JohnWiley&Sons, 2003,第 7 章。
[0054] 掺杂的Si基板对本领域技术人员是众所周知的。掺杂的Si基板可以以本领域技 术人员已知且他认为就本发明而言合适的任何方式制备。本发明Si基板的优选来源是单 晶Si、多晶Si、无定形Si和高纯冶金Si，最优选单晶Si或多晶Si。掺杂以形成掺杂的Si 基板的操作可以通过在Si基板的制备过程加入掺杂剂同时进行或者可以在随后的步骤中 进行。在制备Si基板之后的掺杂例如可以通过气体扩散外延附生进行。掺杂的Si基板也可 以容易地市购。根据本发明，一个选择方案是通过向Si混合物中加入掺杂剂而在形成Si基 板的同时进行Si基板的最初掺杂。根据本发明，一个选择方案是通过气相外延附生进行掺 杂正面层和若存在的话还有高度掺杂背面层的施加。该气相外延附生优选在约500-900°C、 更优选约600-800 °C、最优选约650-750°C的温度和约2-100kPa、优选约10-80kPa、最优选 约30-70kPa的压力下进行。
[0055] 本领域技术人员已知Si基板可以呈现许多形状、表面结构和尺寸。该形状可以是 许多不同形状中的一个，包括立方体、盘片、晶片和不规则多面体。本发明的优选形状是晶 片形状，其中该晶片是具有两个类似、优选相等的维度和显著小于其他两个维度的第三维 度的立方体。就此而言，显著小于优选为至少小约100倍。
[0056] 许多表面类型对本领域技术人员是已知的。根据本发明，优选具有粗糙表面的Si 基板。评价