导电浆料中的含Al、Si和Mg的颗粒以及太阳能电池的制备_4

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亲和性基团的改性聚醚(例如TEGC^DISPERS 655, 由Evonik Tego Chemie GmbH生产)、具有高颜料亲和性基团的其他表面活性剂(例如 TEGO?DISpERS 662C,由 Evonik Tego Chemie GmbH 生产)。根据本发明,不处于上述 列表中的其他优选的聚合物为聚乙二醇及其衍生物,和烷基羧酸及其衍生物或盐,或其混 合物。根据本发明,优选的聚乙二醇衍生物为聚(乙二醇)乙酸。优选的烷基羧酸为具有 完全饱和烃基链的那些,和具有单或多不饱和烃基链的那些,或其混合物。优选的具有饱和 烃基链的羧酸为具有长度为约8-约20个碳原子的烃基链的那些,优选C9H19C00H(癸酸)、 CnH23C00H(月桂酸)、C13H27C00H (肉豆蔻酸)、C15H31C00H(棕榈酸)、C17H35C00H (硬脂酸)或 其混合物。优选的具有不饱和烃基链的羧酸为C1SH3402 (油酸)和(;*202 (亚油酸)。根据 本发明,优选的单体型表面活性剂为苯并三唑及其衍生物。
[0113] 溶剂
[0114] 根据本发明,优选的溶剂为在焙烧期间以显著程度从所述导电浆料中移除的浆料 成分,优选在焙烧后以与焙烧前相比绝对重量减少至少约80%,优选与焙烧前相比减少至 少约95%存在的那些。根据本发明,优选的溶剂为允许形成具有有利粘度、印刷性、稳定性 和烧结特性的导电浆料且获得具有有利导电性和与衬底的电接触的电极的那些。溶剂是本 领域技术人员所公知的。可使用本领域技术人员所已知且认为适于本发明上下文的所有溶 剂作为所述有机载体中的溶剂。根据本发明,优选的溶剂为允许获得上述导电浆料的优选 高水平印刷性的那些。根据本发明,优选的溶剂为在标准环境温度和压力(SATP) (298. 15K, lOOKPa)下以液体存在的那些,优选具有高于约90°C的沸点和高于约_20°C的熔点的那些。 根据本发明,优选的溶剂为极性或非极性、质子或非质子、芳族或非芳族的。根据本发明,优 选的溶剂为一元醇、二元醇、多元醇、单酯、二酯、多酯、单醚、二醚、多醚,包含至少一个或多 个这些类别的官能团的溶剂,其任选包含其他类别的官能团,优选环状基团、芳族基团、不 饱和键、一个或多个0原子被杂原子代替的醇基团、一个或多个0原子被杂原子代替的醚基 团、一个或多个〇原子被杂原子代替的酯基团,以及两种或更多种上述溶剂的混合物。就此 而言,优选的酯为己二酸的二烷基酯,其中优选的烷基构成部分为甲基、乙基、丙基、丁基、 戊基、己基和更高级烷基或两种不同的该类烷基的组合,优选为己二酸二甲酯,以及两种或 更多种己二酸酯的混合物。就此而言,优选的醚为二醚,优选为乙二醇的二烷基醚,其中优 选的烷基构成部分为甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基和更高级烷基或两种不同该类烷基 的组合,和两种二醚的混合物。就此而言,优选的醇为伯、仲和叔醇,优选叔醇,其中优选萜 品醇及其衍生物,或两种或更多种醇的混合物。组合有多于一种不同官能团的优选溶剂为 2, 2, 4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯(通常称为texanol)及其衍生物,2-(2-乙氧基乙 氧基)乙醇(通常称为卡必醇)及其烷基衍生物,优选甲基、乙基、丙基、丁基、戊基和己基 卡必醇,优选己基卡必醇或丁基卡必醇,及其乙酸酯衍生物,优选丁基卡必醇乙酸酯,或上 述至少2种的混合物。
[0115] 有机载体中的添加剂
[0116] 有机载体中的优选添加剂为不同于上述载体组分且有助于有利的导电浆料性能 (例如有利的粘度、烧结、所制得电极的导电性和与衬底的良好电接触)的那些添加剂。可 使用本领域技术人员所已知且认为适于本发明上下文的所有添加剂作为有机载体中的添 加剂。根据本发明,优选的添加剂为触变剂、粘度调节剂、稳定剂、无机添加剂、增稠剂、乳化 剂、分散剂或pH调节剂。就此而言,优选的触变剂为羧酸衍生物,优选脂肪酸衍生物或其 组合。优选的脂肪酸衍生物为C9H19C00H(癸酸)、CnH 23C00H(月桂酸)、C13H27C00H(肉豆蔻 酸)、C15H31C00H(棕榈酸)、C17H35C00H(硬脂酸)、C 1SH3402 (油酸)、C1SH3202 (亚油酸)或其组 合。就此而言,包含脂肪酸的优选组合为蓖麻油。
[0117] 导电浆料中的添加剂
[0118] 就本发明而言,优选的添加剂为除明确提及的其他成分之外添加至导电浆料中的 成分,所述添加剂有助于提高导电浆料的性能、其制得的电极的性能或所得太阳能电池的 性能。可使用本领域技术人员所已知且认为适于本发明上下文的所有添加剂作为导电浆料 中的添加剂。除存在于载体中的添加剂之外,导电浆料中也可存在添加剂。根据本发明,优 选的添加剂为触变剂、粘度调节剂、乳化剂、稳定剂或pH调节剂、无机添加剂、增稠剂和分 散剂或其至少两种的组合,而无机添加剂是最优选的。就此而言,本发明的优选无机添加剂 为 Mg、Ni、Te、W、Zn、Mg、Gd、Ce、Zr、Ti、Mn、Sn、Ru、Co、Fe、Cu、Cr 或其至少两种的组合,优 选为Zn、Sb、Mn、Ni、W、Te、Ru或其至少两种的组合,或其氧化物,可在焙烧后产生这些金属 氧化物的化合物,或至少两种上述金属的混合物,至少两种上述氧化物的混合物,至少两种 上述可在焙烧后产生这些金属氧化物的化合物的混合物,或者上述任意两种或更多种的混 合物。
[0119] 太阳能电池前体
[0120] 对实现至少一个上述目的的贡献由一种太阳能电池前体作出,其包括如下太阳能 电池前体成分:
[0121] a.晶片,优选Si晶片;
[0122] b.层叠在所述晶片上本发明的浆料。
[0123] 在一个实施方案中,将一种或多种其他浆料层叠在晶片上。
[0124] 优选的太阳能电池前体为在焙烧后提供η型太阳能电池的那些,优选其中本发明 的导电浆料在焙烧后形成正面电极的那些。
[0125] 在本发明太阳能电池前体的一个实施方案中,所述浆料层叠在ρ掺杂层上。
[0126] 在本发明太阳能电池前体的一个实施方案中,所述浆料层叠在两个掺杂层中较薄 的那个上。
[0127] 制备太阳能电池的方法
[0128] 对实现至少一个上述目的的贡献由一种制备太阳能电池的方法作出,其至少包括 如下作为工艺步骤:
[0129] i)提供上文所述的太阳能电池前体,特别是组合上述任意实施方案;和
[0130] ii)焙烧所述太阳能电池前体以获得太阳能电池。
[0131] 印刷
[0132] 根据本发明,优选正面和背面电极通过施加导电浆料,然后焙烧所述导电浆料以 获得烧结体而施加。所述导电浆料可以以本领域技术人员所已知且认为适于本发明上下文 的任何方式施加,包括但不限于浸渍、浸涂、倾注、滴淌、注射、喷涂、刮涂、幕式淋涂、刷涂、 印刷或其至少两种的组合,其中优选的印刷技术为喷墨印刷、丝网印刷、移印、平版印刷、凸 版印刷、模版印刷或其至少两种的组合。根据本发明,优选所述导电浆料通过印刷,优选通 过丝网印刷施加。在本发明的一个实施方案中,所述导电浆料通过丝网施加至正面上。在 该实施方案的一个方面中,所述通过丝网的施加满足至少一个如下参数:
[0133] -网目为约290-约400,优选约310-约390,更优选约330-约370 ;
[0134] -线厚度为约10-约30 μ m,优选约12-约25 μ m,更优选约15-约23 μ m ;
[0135] -网上乳液(EoM)厚度为约5-约25 μ m,优选约10-约20 μ m,更优选约13-约 18 μ m ;
[0136] -栅线间距为约1-约3mm,优选约1· 8-约2. 5mm,更优选约2-约2. 3mm。
[0137] 在本发明的一个实施方案中,所述导电浆料以栅格图案的形式层叠在正面的第 一区域上。在该实施方案的一个方面中,该栅格图案包含宽度为约20-约100μπι,优选约 30-约80 μ m,更优选约30-约60 μ m的栅线和与其成约70-约90°角度的汇流条,其中这 些汇流条具有约0. 5-约2. 5mm,优选约1-约2mm,更优选约1. 3-约1. 8mm的宽度。
[0138] 在本发明的另一实施方案中,导电浆料以栅格图案的形式层叠在背面的另一区域 上。在该实施方案的一个方面中,该栅格图案包含宽度为约20-约180 μπι,优选约30-约 100 μ m,更优选约40-约60 μ m的栅线和与其成约70-约90°角度的汇流条,这些汇流条具 有约0· 5-约2. 5mm,优选约1-约2mm,更优选约1· 3-约1. 8mm的宽度。
[0139] 焙烧
[0140] 根据本发明,优选通过首先施加导电浆料,然后焙烧所述导电浆料以获得固体电 极体而形成电极。焙烧是本领域技术人员所公知的且可以以本领域技术人员所已知且认为 适于本发明上下文的任何方式实施。焙烧必须在高于至少一种存在于所述浆料中的玻璃 料,优选两种或更多种玻璃料,更优选所有玻璃料的玻璃化转变温度下实施。
[0141] 在本发明的一个实施方案中,焙烧步骤满足至少一个如下标准:
[0142] -根据下文所给的标题为"焙烧炉中的温度程序"的方法测得的保持温度为约 700-约 900 °C,优选为约 730-约 880 °C ;
[0143] -在保持温度下的时间为约1-约10秒。
[0144] 根据本发明,优选焙烧以约10秒至约2分钟,更优选约25-约90秒,最优选约40 秒至约1分钟的保持时间实施。
[0145] 正面和背面上的导电浆料的焙烧可同时或顺序进行。如果施加至两面上的导电浆 料具有类似,优选相同的最佳焙烧条件,则同时焙烧是合适的。合适的话,根据本发明优选 同时实施焙烧。当顺序实施焙烧时,根据本发明优选首先施加背面导电浆料并焙烧,随后将 导电浆料施加至正面上并焙烧。
[0146] 太阳能电池
[0147] 对实现至少一个上述目的的贡献由一种可通过本发明方法获得的太阳能电池实 现。根据本发明,优选的太阳能电池为就转化成电能输出的总入射光能量比例而言的高效 率且轻质和耐用的那些,优选η型太阳能电池。如图2所例示的那样,太阳能电池的一种层 结构如下:(i)正面电极,(ii)抗反射涂层,(iii)正面钝化层,(iv)正面掺杂层,(ν)ρ-η节 边界,(vi)背面掺杂层,(vii)高度掺杂的背面层,(viii)背面钝化层,(ix)背面电极。可 从该一般层结构中省略各层或者各层实际上可发挥超过一种上述一般实施方案中所述的 层的功能。在本发明的一个实施方案中,单个层起抗反射层和钝化层的作用。如图1所例 示,另一层结构如下:(1)正面电极,(II)正面掺杂层,(ΙΙΙ)ρ-η节边界,(IV)背面掺杂层, (V)背面电极。
[0148] 抗反射涂层
[0149] 根据本发明,在太阳能电池正面上的电极之前,可施加抗反射涂层以作为外层,通 常作为最外层。根据本发明,优选的抗反射涂层为降低由正面反射的入射光比例且提高通 过正面而被晶片吸收的入射光比例的那些。有利地的是获得有利吸收/反射比的抗反射涂 层对所用的导电浆料的蚀刻敏感,但耐受导电浆料焙烧所需的温度,且无助于提高电子和 空穴在电极界面附近重组。可使用本领域技术人员所已知且认为适于本发明上下文的所有 抗反射涂层。根据本发明,优选的抗反射涂层为SiNx、Si02、A120 3、Ti02或其至少两种的混 合物,和/或其至少两个层的组合,其中特别优选SiNx,特别是其中使用Si晶片。
[0150] 抗反射涂层的厚度适于合适光的波长。根据本发明,优选抗反射涂层具有20-约 300nm,更优选约40-约200nm,最优选约60-约90nm的厚度。
[0151] 钝化层
[0152] 根据本发明,可在电极之前或者如果存在抗反射层则在抗反射层之前,在正面和/ 或背面上施加一个或多个钝化层以作为外层或最外层。优选的钝化层为降低电子/空穴在 电极界面附近重组比率的那些。可使用本领域技术人员所已知且认为适于本发明上下文的 任何钝化层。根据本发明,优选的钝化层为氮化硅、二氧化硅和二氧化钛,最优选氮化硅。根 据本发明,钝化层优选具有约〇· lnm至约2 μ m,更优选约10nm至约1 μ m,最优选约30nm至 约200nm的厚度。
[0153] 单个层可起抗反射层和钝化层的作用。在本发明的一个实施方案中,在所述太阳 能电池前体中,在P掺杂层和层叠的第一浆料之间存在一个或多个起抗反射层和/或钝化 层作用的层。在该实施方案的一个方面中,至少一个起抗反射层和/或钝化层作用的层包 含SiNx,其中X
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