本發(fā)明涉及可焊鋁-錫漿料組合物和由所述組合物形成的可焊鋁-錫導(dǎo)體，具體地講電極。本發(fā)明還涉及硅半導(dǎo)體器件，并且具體地講，其涉及用于形成太陽(yáng)能電池的背側(cè)面的可焊鋁-錫電極的導(dǎo)電組合物。

背景技術(shù)：

本發(fā)明可應(yīng)用于范圍廣泛的電子器件，盡管本發(fā)明對(duì)諸如光電二極管和太陽(yáng)能電池等光接收元件尤其有效。下文以太陽(yáng)能電池作為現(xiàn)有技術(shù)的具體示例對(duì)本發(fā)明背景進(jìn)行描述。

具有p型基板的常規(guī)太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)具有通常在電池的前側(cè)面或光照面上的負(fù)極以及背側(cè)面上的正極。在半導(dǎo)體基板的p-n結(jié)上入射的適宜波長(zhǎng)的輻射充當(dāng)在該基板中產(chǎn)生空穴-電子對(duì)的外部能源的來(lái)源。由于p-n結(jié)處存在電勢(shì)差，因此空穴和電子以相反的方向跨過(guò)該結(jié)移動(dòng)，從而產(chǎn)生能夠向外部電路輸送電力的電流的流動(dòng)。大部分太陽(yáng)能電池為金屬化的硅片形式，即具有導(dǎo)電的金屬電極。

通常將厚膜漿料絲網(wǎng)印刷到太陽(yáng)能電池基板上并且焙燒形成電極。例如，單晶或多晶p型硅基板具有鄰近受光前側(cè)表面的n型擴(kuò)散層。絕緣的減反射涂層可在n型擴(kuò)散層上形成。如圖1所示，半導(dǎo)體基板101具有在前側(cè)面上的電極102。這些電極通常主要由銀構(gòu)成。背側(cè)面具有復(fù)合物電極，該復(fù)合物電極包括主要由鋁構(gòu)成的電極103以及主要由銀或一些其它可焊材料構(gòu)成的電極104。雖然電極103可包含不是鋁的組分，但其基于鋁并且在本文中將被稱為鋁電極。當(dāng)焙燒漿料時(shí)，鋁擴(kuò)散入硅基板101中以形成背表面場(chǎng)層105。背表面場(chǎng)用于改善太陽(yáng)能電池的能量轉(zhuǎn)化效率。鋁電極103不是可焊的。將可焊的銀基電極104印刷在不可焊鋁背面電極的區(qū)域之間的間隙中?？珊傅你y基電極104對(duì)于用作接頭帶可焊接于其上的接頭母線是必要的。接頭母線104下的區(qū)域不具有背表面場(chǎng)(BSF)，如圖1所示，這導(dǎo)致相比于具有全區(qū)域背表面場(chǎng)的太陽(yáng)能電池，至多0.2％的電池效率損失。

如本文所用，“不可焊”和“不可焊鋁背面電極”是指本身不適于利用焊接合金和熱來(lái)焊接的常用鋁電極。此類(lèi)鋁電極的超聲焊接導(dǎo)致焊接區(qū)與硅基板的不充分粘附，因此被命名為“不可焊”和“不可焊鋁背面電極”

在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的目的是提供鋁-錫漿料，其可用于在太陽(yáng)能電池的背側(cè)面上形成可焊鋁-錫電極以替代當(dāng)前使用的銀基電極。在焙燒時(shí)，來(lái)自鋁-錫漿料的鋁在與硅基板接觸的區(qū)域處擴(kuò)散入硅基板中。這提供了全BSF，因此消除了由于在通常用于形成背面電極的含銀電極下間斷的BSF導(dǎo)致的太陽(yáng)能電池效率損失。另外，由于其組分相比于更昂貴的銀基漿料低得多的成本，此類(lèi)鋁-錫漿料可以為更加高性價(jià)比的溶液。

在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的目的是提供鋁-錫漿料，其可用于在太陽(yáng)能電池的整個(gè)背側(cè)面上形成可焊鋁-錫電極，從而消除對(duì)上述常用復(fù)合物背面電極的需要。這可消除附加的印刷和干燥步驟以及與復(fù)合物背面電極相關(guān)聯(lián)的更加昂貴的銀基漿料的成本。

在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的目的是提供鋁-錫漿料，其可用于在覆蓋太陽(yáng)能電池的整個(gè)背側(cè)面的鋁電極的所選部分上形成可焊鋁-錫電極。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種漿料組合物，所述漿料組合物包含：

(a)10-70重量％鋁粉，其具有粒度在0.5-10μm范圍內(nèi)的鋁顆粒；

(b)5-85重量％錫粉，其具有粒度在1-200μm范圍內(nèi)的錫顆粒；以及

(c)具有0.1-5重量％聚合物粘結(jié)劑的有機(jī)介質(zhì)；

其中所述鋁粉和所述錫粉分散于有機(jī)介質(zhì)中，并且其中重量％基于所述漿料組合物的總重量計(jì)。

在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種用于形成可焊背面電極的漿料組合物，所述漿料組合物包含：

(a)15-50重量％鋁粉，其具有粒度在0.5-10μm范圍內(nèi)的鋁顆粒；

(b)35-80重量％錫粉，其具有粒度在10-200μm范圍內(nèi)的錫顆粒；以及

(c)具有0.1-5重量％聚合物粘結(jié)劑的有機(jī)介質(zhì)；

其中所述鋁粉和所述錫粉分散于有機(jī)介質(zhì)中，并且其中重量％基于所述漿料組合物的總重量計(jì)。

在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種用于形成可焊背面電極的漿料組合物，所述漿料組合物包含：

(a)10-25重量％鋁粉，其具有粒度在0.5-10μm范圍內(nèi)的鋁顆粒；

(b)65-85重量％錫粉，其具有粒度在1-10μm范圍內(nèi)的錫顆粒；以及

(c)具有0.1-5重量％聚合物粘結(jié)劑的有機(jī)介質(zhì)；

其中所述鋁粉和所述錫粉分散于有機(jī)介質(zhì)中，并且其中重量％基于所述漿料組合物的總重量計(jì)。

在一個(gè)實(shí)施方案中，所述漿料組合物還包含1-10重量％硅粉，其具有粒度在0.5-60μm范圍內(nèi)的硅顆粒。

在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述漿料組合物還包含0.5-6重量％玻璃料。

本發(fā)明還提供了一種太陽(yáng)能電池，所述太陽(yáng)能電池包括：

(a)不可焊鋁背面電極，其包含所述不可焊鋁背面電極的區(qū)域之間的間隙；以及

(b)可焊鋁-錫背面電極，其通過(guò)焙燒可焊鋁-錫背面漿料而獲得，該可焊鋁-錫背面漿料被印刷成在不可焊鋁背面電極的區(qū)域之間的間隙中的接頭母線。

在太陽(yáng)能電池的一個(gè)此類(lèi)實(shí)施方案中，所述可焊鋁-錫背面漿料包含：

(1)15-50重量％鋁粉，其具有粒度在0.5-10μm范圍內(nèi)的鋁顆粒；

(2)35-80重量％錫粉，其具有粒度在10-200μm范圍內(nèi)的錫顆粒；以及

(3)具有0.1-5重量％聚合物粘結(jié)劑的有機(jī)介質(zhì)；

其中所述鋁粉和所述錫粉分散于有機(jī)介質(zhì)中，并且其中重量％基于所述漿料組合物的總重量計(jì)。

在太陽(yáng)能電池的另一個(gè)此類(lèi)實(shí)施方案中，所述可焊鋁-錫背面漿料包含：

(1)10-25重量％鋁粉，其具有粒度在0.5-10μm范圍內(nèi)的鋁顆粒；

(2)65-85重量％錫粉，其具有粒度在1-10μm范圍內(nèi)的錫顆粒；以及

(3)具有0.1-5重量％聚合物粘結(jié)劑的有機(jī)介質(zhì)；

其中所述鋁粉和所述錫粉分散于有機(jī)介質(zhì)中，并且其中重量％基于所述漿料組合物的總重量計(jì)。

本發(fā)明還提供了一種太陽(yáng)能電池，所述太陽(yáng)能電池包括：

通過(guò)焙燒覆蓋太陽(yáng)能電池的整個(gè)背表面的可焊鋁-錫背面漿料而獲得的可焊鋁-錫背面電極。

在太陽(yáng)能電池的一個(gè)此類(lèi)實(shí)施方案中，所述可焊鋁-錫背面漿料包含：

(1)15-50重量％鋁粉，其具有粒度在0.5-10μm范圍內(nèi)的鋁顆粒；

(2)35-80重量％錫粉，其具有粒度在10-200μm范圍內(nèi)的錫顆粒；以及

(3)具有0.1-5重量％聚合物粘結(jié)劑的有機(jī)介質(zhì)；

其中所述鋁粉和所述錫粉分散于有機(jī)介質(zhì)中，并且其中重量％基于所述漿料組合物的總重量計(jì)。

在太陽(yáng)能電池的另一個(gè)此類(lèi)實(shí)施方案中，所述可焊鋁-錫背面漿料包含：

(1)10-25重量％鋁粉，其具有粒度在0.5-10μm范圍內(nèi)的鋁顆粒；

(2)65-85重量％錫粉，其具有粒度在1-10μm范圍內(nèi)的錫顆粒；以及

(3)具有0.1-5重量％聚合物粘結(jié)劑的有機(jī)介質(zhì)；

其中所述鋁粉和所述錫粉分散于有機(jī)介質(zhì)中，并且其中重量％基于所述漿料組合物的總重量計(jì)。

本發(fā)明還提供了一種太陽(yáng)能電池，所述太陽(yáng)能電池包括：

(1)覆蓋太陽(yáng)能電池的整個(gè)背側(cè)面的不可焊鋁背面電極；以及

(2)可焊鋁-錫背面電極，其通過(guò)焙燒可焊鋁-錫背面漿料而獲得，該可焊鋁-錫背面漿料被印刷成不可焊鋁背面電極的各部分上的接頭母線。

在太陽(yáng)能電池的一個(gè)此類(lèi)實(shí)施方案中，所述可焊鋁-錫背面漿料包含：

(a)15-50重量％鋁粉，其具有粒度在0.5-10μm范圍內(nèi)的鋁顆粒；

(b)35-80重量％錫粉，其具有粒度在10-200μm范圍內(nèi)的錫顆粒；以及

(c)具有0.1-5重量％聚合物粘結(jié)劑的有機(jī)介質(zhì)；

其中所述鋁粉和所述錫粉分散于有機(jī)介質(zhì)中，并且其中重量％基于所述漿料組合物的總重量計(jì)。

在太陽(yáng)能電池的另一個(gè)此類(lèi)實(shí)施方案中，所述可焊鋁-錫背面漿料包含：

(a)10-25重量％鋁粉，其具有粒度在0.5-10μm范圍內(nèi)的鋁顆粒；

(b)65-85重量％錫粉，其具有粒度在1-10μm范圍內(nèi)的錫顆粒；以及

(c)具有0.1-5重量％聚合物粘結(jié)劑的有機(jī)介質(zhì)；

其中所述鋁粉和所述錫粉分散于有機(jī)介質(zhì)中，并且其中重量％基于所述漿料組合物的總重量計(jì)。

附圖說(shuō)明

圖1示出太陽(yáng)能電池的電極構(gòu)造，其具有不可焊鋁背面電極(通過(guò)焙燒背面不可焊鋁漿而獲得)以及銀或銀/鋁背面電極(通過(guò)焙燒背面銀或銀/鋁漿獲得)。

圖2示出了太陽(yáng)能電池的電極構(gòu)造，其具有不可焊鋁背面電極(通過(guò)焙燒背面不可焊鋁漿而獲得)和可焊鋁-錫背面電極(通過(guò)焙燒本發(fā)明的可焊背面漿料而獲得)，所述可焊鋁-錫背面電極被印刷成在不可焊鋁背面電極的各區(qū)域之間的間隙中的接頭母線。

圖3示出太陽(yáng)能電池的電極構(gòu)造，其具有背面電極，所述背面電極由覆蓋太陽(yáng)能電池的整個(gè)背側(cè)面的可焊鋁-錫背面電極(通過(guò)焙燒本發(fā)明的可焊背面漿料而獲得)組成。

圖4示出太陽(yáng)能電池的電極構(gòu)造，其具有背面電極，所述背面電極由覆蓋太陽(yáng)能電池的整個(gè)背側(cè)面的不可焊鋁背面電極(通過(guò)背面焙燒不可焊鋁漿而獲得)，和在不可焊鋁背面電極的各部分上的接頭母線(通過(guò)焙燒本發(fā)明的可焊背面漿料而獲得)組成。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的導(dǎo)電可焊漿料組合物提供利用本發(fā)明的較便宜漿料替代太陽(yáng)能電池的背側(cè)面上的常用銀基漿料的能力。其導(dǎo)致全區(qū)域背面場(chǎng)和至多0.2％的太陽(yáng)能電池效率的增加。在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的導(dǎo)電可焊漿料組合物提供由漿料形成可焊背面電極的能力，其中所述電極產(chǎn)生(1)全區(qū)域背面場(chǎng)和至多0.2％的太陽(yáng)能電池效率的增加，和(2)消除額外的加工步驟和單獨(dú)形成接頭母線的成本。

本發(fā)明的導(dǎo)電厚膜漿料組合物包含鋁粉、錫粉、和有機(jī)載體。其用于形成經(jīng)絲網(wǎng)印刷的電極，并且具體地用于在太陽(yáng)能電池的硅基板上的背側(cè)面上形成電極。所述漿料組合物包含10-70重量％鋁粉，所述鋁粉具有粒度在0.5-10μm范圍內(nèi)的鋁顆粒，5-85重量％錫粉，所述錫粉具有粒度在1-200μm范圍內(nèi)的錫顆粒；以及具有0.1-5重量％聚合物粘結(jié)劑的有機(jī)介質(zhì)，其中鋁粉和錫粉分散于有機(jī)介質(zhì)中并且其中重量％基于漿料組合物的總重量計(jì)。在一個(gè)實(shí)施方案中，漿料組合物包含15-50重量％鋁粉，所述鋁粉具有粒度在0.5-10μm范圍內(nèi)的鋁顆粒，和35-80重量％錫粉，所述錫粉具有粒度在10-200μm范圍內(nèi)的錫顆粒。在另一個(gè)實(shí)施方案中，漿料組合物包含10-25重量％鋁粉，所述鋁粉具有粒度在0.5-10μm范圍內(nèi)的鋁顆粒，和65-85重量％錫粉，所述錫粉具有粒度在10-200μm范圍內(nèi)的錫顆粒。

在一個(gè)實(shí)施方案中，所述漿料組合物還包含1-10重量％硅粉，其具有粒度在0.01-60μm范圍內(nèi)的硅顆粒。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述漿料組合物還包含0.1-1重量％玻璃料。

本發(fā)明的漿料組合物的每種組分詳細(xì)論述于下文中。

鋁粉

本發(fā)明漿料組合物包含基于所述漿料的總重量計(jì)，10-70重量％鋁粉。在一個(gè)實(shí)施方案中，用于形成可焊背面電極的漿料組合物包含15-50重量％鋁粉。在一個(gè)此類(lèi)實(shí)施方案中，所述漿料組合物包含30-45重量％鋁粉。在另一個(gè)實(shí)施方案中，用于形成可焊背面電極的漿料組合物包含10-25重量％鋁粉。在一個(gè)此類(lèi)實(shí)施方案中，所述漿料組合物包含15-20重量％鋁粉。本文中重量百分比縮寫(xiě)為重量％。

鋁粉可由多種形狀的顆粒構(gòu)成，例如薄片狀、球狀、顆粒狀、晶體狀、其它不規(guī)則形狀、以及它們的混合物。所述鋁顆粒的粒度在0.5-10μm的范圍內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述鋁顆粒的粒度在0.5-3μm的范圍內(nèi)。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述鋁顆粒的粒度在6-9μm的范圍內(nèi)。

錫粉

本發(fā)明組合物包含基于所述漿料的總重量計(jì)，5-85重量％錫粉。在一個(gè)實(shí)施方案中，用于形成可焊背面電極的漿料組合物包含35-80重量％錫粉。在一個(gè)此類(lèi)實(shí)施方案中，漿料組合物包含40-75重量％錫粉并且在另一個(gè)此類(lèi)實(shí)施方案中，漿料組合物包含40-60重量％錫粉。在另一個(gè)實(shí)施方案中，用于形成可焊背面電極的漿料組合物包含65-85重量％錫粉。在一個(gè)此類(lèi)實(shí)施方案中，所述漿料組合物包含65-75重量％錫粉。

錫粉可由多種形狀的顆粒構(gòu)成，例如薄片狀、球狀、顆粒狀、晶體狀、其它不規(guī)則形狀、以及它們的混合物。所述錫顆粒的粒度在1-200μm的范圍內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述錫顆粒的粒度在10-200μm的范圍內(nèi)。在一個(gè)此類(lèi)實(shí)施方案中，所述錫顆粒的粒度在10-150μm的范圍內(nèi)。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述錫顆粒的粒度在1-10μm的范圍內(nèi)。在一個(gè)此類(lèi)實(shí)施方案中，所述錫顆粒的粒度在3-10μm的范圍內(nèi)。

有機(jī)介質(zhì)

厚膜漿料組合物的無(wú)機(jī)組分與有機(jī)介質(zhì)混合以形成粘稠的具有適用于印刷的稠度和流變性的漿料。多種惰性粘稠材料可以用作有機(jī)介質(zhì)。有機(jī)介質(zhì)可以是這樣的有機(jī)介質(zhì)，無(wú)機(jī)組分可在漿料的制造、裝運(yùn)和貯藏期間以足夠程度的穩(wěn)定性分散于所述有機(jī)介質(zhì)中，以及可在絲網(wǎng)印刷過(guò)程中分散于印刷絲網(wǎng)上。

適宜的有機(jī)介質(zhì)具有提供固體的穩(wěn)定分散的流變特性，用于絲網(wǎng)印刷的適當(dāng)粘度和觸變性，基板和漿料固體的適當(dāng)?shù)目蓾?rùn)濕性，良好的干燥速率和良好的焙燒特性。有機(jī)介質(zhì)可包含增稠劑、穩(wěn)定劑、表面活性劑、和/或其它常見(jiàn)添加劑。一種此類(lèi)觸變?cè)龀韯閠hixatrol。有機(jī)介質(zhì)能夠?yàn)橐环N或多種聚合物在一種或多種溶劑中的溶液。適宜的聚合物包括乙基纖維素、乙基羥乙基纖維素、木松香、乙基纖維素和酚醛樹(shù)脂的混合物、低級(jí)醇的聚甲基丙烯酸酯、以及乙二醇單乙酸酯的單丁基醚。適宜的溶劑包括萜烯例如α-或β-萜品醇或它們與其它溶劑例如煤油、鄰苯二甲酸二丁酯、丁基卡必醇、丁基卡必醇乙酸酯、己二醇和沸點(diǎn)高于150℃的醇以及醇酯的混合物。其它合適的有機(jī)介質(zhì)組分包括：雙[2-(2-丁氧基乙氧基)乙基]己二酸酯、二價(jià)酸酯例如DBE、DBE-2、DBE-3、DBE-4、DBE-5、DBE-6、DBE-9和DBE 1B、環(huán)氧化樹(shù)脂酸辛酯、異四癸醇和氫化松香的季戊四醇酯。有機(jī)介質(zhì)也可包含揮發(fā)性液體，以促進(jìn)在基板上施加厚膜漿料組合物后快速硬化。

厚膜漿料組合物中有機(jī)介質(zhì)的最佳量取決于施用漿料的方法和所用的具體有機(jī)介質(zhì)?；谒鰸{料組合物的總重量計(jì)，本發(fā)明厚膜漿料組合物包含10至30重量％的有機(jī)介質(zhì)。

如果有機(jī)介質(zhì)包括聚合物，則所述聚合物的含量為基于所述漿料組合物的總重量計(jì)，0.1至5重量％。

添加劑

在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明漿料組合物還包含添加劑。在一個(gè)此類(lèi)實(shí)施方案中，本發(fā)明漿料組合物還包含1-10重量％硅粉，所述硅粉具有粒度在0.5-60μm范圍內(nèi)的硅顆粒。在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明漿料組合物還包含1-10重量％硅粉，所述硅粉具有粒度在0.01-0.1μm范圍內(nèi)的硅顆粒。

其它添加劑包括有機(jī)助熔劑和單金屬和/或金屬合金顆粒(Bi、Mg、Pb、Zn等)。助熔劑的示例是基于松香的有機(jī)物和諸如ZnCl2和NH4Cl的無(wú)機(jī)物。

玻璃料

在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明漿料組合物還包含0.1-1重量％的玻璃料，其中重量％基于所述組合物的總重量計(jì)。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述組合物包含2-5重量％的玻璃料，其中重量％基于所述組合物的總重量計(jì)。多種玻璃料可用于形成本發(fā)明組合物。

本文所述的玻璃組合物，也稱為玻璃料，包含某些組分的百分比。具體地講，百分比為原料中所用組分的百分比，其中所述原料隨后如本文所述進(jìn)行加工以形成玻璃組合物。這種命名是本領(lǐng)域技術(shù)人員常見(jiàn)的。換句話講，組合物包含某些組分，這些組分的百分比表示成相應(yīng)氧化物形式的百分比。如玻璃化學(xué)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所知，在制備玻璃期間可能釋放某一部分的揮發(fā)性物質(zhì)。揮發(fā)性物質(zhì)的一個(gè)示例是氧氣。還應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，玻璃雖然表現(xiàn)為非晶態(tài)材料，但其可能會(huì)包含少部分結(jié)晶材料。

各種玻璃料可使用本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解的技術(shù)通過(guò)混合待混入其中的氧化物(或加熱時(shí)分解為所期望氧化物的其它材料，例如氟化物)來(lái)制備。此類(lèi)制備技術(shù)可涉及在空氣或含氧氣氛中加熱混合物以形成熔融物，淬火熔融物，以及碾磨、銑削和/或篩選已淬火的材料以提供具有所期望粒度的粉末。待摻入其中的氧化物的混合物的熔融通常在800至1200℃的峰值溫度下進(jìn)行。熔融混合物可例如在不銹鋼鋼板上或反轉(zhuǎn)的不銹鋼輥之間淬火，以形成片狀物。所得的片狀物能被研磨形成粉末。通常，研磨的粉末具有0.1-3.0微米的D₅₀。玻璃料制備領(lǐng)域的技術(shù)人員可采用可供選擇的合成技術(shù)，例如但不限于水淬火法、溶膠-凝膠法、噴霧熱解法、或其他適于制造粉末形式的玻璃的合成技術(shù)。

上述過(guò)程的氧化物產(chǎn)物通常為基本上非晶態(tài)(非結(jié)晶)固體材料，即玻璃。然而，在一些實(shí)施方案中，所得的氧化物可為非晶態(tài)的、部分非晶態(tài)的、部分結(jié)晶的、結(jié)晶的或它們的組合。如本文所用，“玻璃料”包括所有此類(lèi)產(chǎn)物。

漿料組合物的制備

在一個(gè)實(shí)施方案中，漿料組合物可通過(guò)以任何順序混合鋁粉、錫粉、和有機(jī)介質(zhì)以及任何其它組分來(lái)制備。在一些實(shí)施方案中，首先混合無(wú)機(jī)材料，然后將它們添加至有機(jī)介質(zhì)。如有需要，粘度能通過(guò)加入溶劑來(lái)調(diào)節(jié)?？墒褂锰峁└呒羟械幕旌戏椒ā?/p>

所述漿料組合物可通過(guò)絲網(wǎng)印刷、電鍍、擠出、噴墨、成形印刷或多重印刷、或帶而沉積。

在該電極成形過(guò)程中，首先干燥厚膜漿料組合物，然后加熱以除去有機(jī)介質(zhì)并燒結(jié)無(wú)機(jī)材料。加熱可在空氣中進(jìn)行。該步驟通常稱為“焙燒”。焙燒溫度分布通常設(shè)置為使得得自干燥厚膜漿料組合物的有機(jī)粘結(jié)劑材料，以及存在的任何其它有機(jī)材料燒盡。在一個(gè)實(shí)施方案中，焙燒溫度為690至820℃。焙燒能夠使用高輸送率，例如100-500cm/min在帶式爐中進(jìn)行，最終保持時(shí)間為0.05至5分鐘。能用多個(gè)溫度區(qū)(例如3-11個(gè)區(qū))來(lái)控制期望的熱分布。

太陽(yáng)能電池的制備

結(jié)合圖2解釋一個(gè)實(shí)施方案的示例，其中太陽(yáng)能電池使用本發(fā)明的漿料組合物作為太陽(yáng)能電池的背側(cè)面上的電極與不可焊鋁電極結(jié)合來(lái)制備。

首先，制備具有擴(kuò)散層和減反射涂層的硅基板201。在硅基板的受光前側(cè)面(表面)上，形成通常主要由銀構(gòu)成的電極202。在基板的背側(cè)面上，沉積不可焊鋁漿并干燥。在不可焊鋁漿中存在間隙以提供接頭母線電極的通路。然后，將本發(fā)明的可焊漿料沉積在經(jīng)干燥的不可焊鋁漿的間隙中并與不可焊鋁漿重疊，并且然后干燥。每種漿料的干燥溫度優(yōu)選為150℃或更低。

接著，將基板在690-820℃的溫度下焙燒約1-15分鐘，使得獲得期望的太陽(yáng)能電池，如圖2所示。電極206由本發(fā)明的漿料組合物形成，其中所述組合物經(jīng)焙燒以除去有機(jī)介質(zhì)并燒結(jié)無(wú)機(jī)物。當(dāng)焙燒漿料時(shí)，鋁從不可焊鋁漿和本發(fā)明的可焊漿料擴(kuò)散入硅基板201中以形成全區(qū)域的背表面場(chǎng)層205。所得的太陽(yáng)能電池具有在基板201的受光前側(cè)面上的電極202，以及在背面上的不可焊鋁電極203和由經(jīng)焙燒的本發(fā)明的漿料組合物形成的接頭母線電極206。

結(jié)合圖3解釋另一個(gè)實(shí)施方案的示例，其中太陽(yáng)能電池僅使用本發(fā)明的漿料組合物作為太陽(yáng)能電池背側(cè)面上的電極來(lái)制備。

首先，制備具有擴(kuò)散層和減反射涂層的硅基板301。在硅基板的受光前側(cè)面(表面)上，形成通常主要由銀構(gòu)成的電極302。在基板的背面上，然后在整個(gè)背表面上沉積本發(fā)明的可焊漿料并且然后干燥。干燥溫度優(yōu)選為150℃或更低。

接著，將基板在690-820℃的溫度下焙燒約1-15分鐘，使得獲得期望的太陽(yáng)能電池，如圖3所示。電極306由本發(fā)明的漿料組合物形成，其中所述組合物經(jīng)焙燒以除去有機(jī)介質(zhì)并燒結(jié)無(wú)機(jī)物。當(dāng)焙燒漿料時(shí)，鋁從本發(fā)明的可焊漿料擴(kuò)散入硅基板301中以形成全區(qū)域的背表面場(chǎng)層305。所得的太陽(yáng)能電池具有在基板301的受光前側(cè)面上的電極302，以及在背面上的由經(jīng)焙燒的本發(fā)明漿料組合物形成的電極306。

結(jié)合圖4解釋另一個(gè)實(shí)施方案的示例，其中太陽(yáng)能電池使用本發(fā)明的漿料組合物作為太陽(yáng)能電池背側(cè)面上的電極與不可焊鋁電極結(jié)合來(lái)制備。

首先，制備具有擴(kuò)散層和減反射涂層的硅基板401。在硅基板的受光前側(cè)面(表面)上，形成通常主要由銀構(gòu)成的電極402。在基板的背側(cè)面上，在整個(gè)表面上沉積不可焊鋁漿并干燥。然后，將本發(fā)明的可焊漿料沉積在經(jīng)干燥的不可焊鋁漿上并與不可焊鋁漿重疊，并且然后干燥。每種漿料的干燥溫度優(yōu)選為150℃或更低。在一個(gè)實(shí)施方案中，將本發(fā)明的可焊漿料沉積在經(jīng)干燥的不可焊鋁漿的整個(gè)表面上。

接著，將基板在690-820℃的溫度下焙燒約1-15分鐘，使得獲得期望的太陽(yáng)能電池，如圖4所示。電極406由本發(fā)明的漿料組合物形成，其中所述組合物經(jīng)焙燒以除去有機(jī)介質(zhì)并燒結(jié)無(wú)機(jī)物。當(dāng)焙燒漿料時(shí)，鋁從不可焊鋁漿擴(kuò)散入硅基板401中以形成全區(qū)域的背表面場(chǎng)層405。所得的太陽(yáng)能電池具有在基板401的受光前側(cè)面上的電極402，以及在背面上的不可焊鋁電極403和由經(jīng)焙燒的本發(fā)明的漿料組合物形成的接頭母線電極406。

焊接接頭帶

可通過(guò)使用低熔點(diǎn)合金焊料和加熱至適當(dāng)溫度以熔化焊料的烙鐵將接頭帶焊接到電極，來(lái)將接頭帶焊接到由本發(fā)明的可焊漿料組合物形成的可焊電極。

另選地，可通過(guò)超聲焊接或超聲鍛接將接頭帶焊接到由本發(fā)明的可焊漿料組合物形成的可焊電極。

實(shí)施例

厚膜漿料組合物的制備

通過(guò)將包含有機(jī)介質(zhì)(萜品醇/乙基纖維素)中的鋁顆粒的鋁漿前體與附加的有機(jī)溶劑(萜品醇)和有機(jī)介質(zhì)(萜品醇/乙基纖維素)以及根據(jù)所需組成的其它漿料組分混合來(lái)制備厚膜漿料組合物。錫以干粉形式添加。將其它組分加入混合物中。然后使用焊膏混合機(jī)在500RPM旋轉(zhuǎn)速度下將少量(至多100g)厚膜漿料組合物均勻混合約20分鐘。然后使用三輥磨(TRM)方法均勻混合大量(至多2kg)的厚膜漿料組合物。使?jié){料混合物通過(guò)TRM兩次，其中兩個(gè)輥隙均設(shè)置為10微米并且輥轉(zhuǎn)速為120RPM。

厚膜漿料電極形成

通過(guò)絲網(wǎng)印刷將厚膜漿料組合物沉積在硅基板上，并且然后在烘箱中干燥30分鐘，或在旋轉(zhuǎn)式烘箱中干燥10分鐘以除去有機(jī)溶劑。干燥溫度從150到300℃變化。認(rèn)為170℃是最佳干燥溫度。

使用兩種類(lèi)型的絲網(wǎng)圖案。如圖2所示，將漿料以2mm寬母線的形式印刷在太陽(yáng)能電池的背面上，用于太陽(yáng)能電池特性測(cè)量和粘附性測(cè)試。將漿料印刷為2cm×2cm方形貼片用于電阻率測(cè)量。

在干燥后，將具有印刷的漿料圖案的基板在帶式爐中焙燒，其中保留時(shí)間為約5min并且峰值焙燒溫度為690-820℃。認(rèn)為720℃是最佳峰值焙燒溫度。

通過(guò)首先利用Q尖端將液體松香助熔劑沉積于母線上，之后沿母線將接頭帶對(duì)齊并且利用焊料合金和加熱至適當(dāng)溫度的烙鐵將接頭帶手動(dòng)焊接到接頭母線，來(lái)進(jìn)行接頭帶與接頭母線的焊接。例如，加熱至275℃的烙鐵可與46Bi/34Sn/20Pb合金焊料一起使用?？墒褂闷渌噶辖M合物和對(duì)應(yīng)的烙鐵溫度?？裳亟宇^帶的表面施用多個(gè)烙鐵刷(3至5個(gè))以實(shí)現(xiàn)接頭帶與接頭母線的附接。

厚膜漿料電極特性

使用IV測(cè)試儀來(lái)測(cè)量太陽(yáng)能電池性能。

通過(guò)使用利用水平180度角拉伸的自動(dòng)測(cè)力儀粘附性測(cè)試儀來(lái)獲得粘附性數(shù)據(jù)。

通過(guò)經(jīng)焙燒漿料層的橫截面掃描電子顯微鏡(SEM)分析來(lái)獲得漿料層厚度。

通過(guò)將漿料層厚度與通過(guò)在經(jīng)焙燒漿料貼片上四點(diǎn)探針測(cè)量獲得的薄層電阻值相乘來(lái)計(jì)算電阻率數(shù)據(jù)。

實(shí)施例1-3

通過(guò)在焊膏混合機(jī)中將以下物質(zhì)混合來(lái)制備三種不同組合物的小批量的鋁-錫可焊漿料：鋁漿前體，其具有在有機(jī)介質(zhì)(萜品醇/乙基纖維素)中的1-2μm鋁顆粒(Du Pont Co.，Wilmington，DE)，錫粉，其具有-100目顆粒(VWR International,LLC，Radnor，PA)，即90％或更多的顆粒通過(guò)100目篩，這是指90％或更多的顆粒小于149μm，以及萜品醇/乙基纖維素有機(jī)介質(zhì)。最終的漿料組合物示于表1中。

表1

評(píng)價(jià)太陽(yáng)能電池中的漿料IV性能、可焊性和粘附性，其中漿料以鋁電極區(qū)域之間的間隙中的接頭母線形式印刷。為了比較，將具有標(biāo)準(zhǔn)含銀接頭母線的太陽(yáng)能電池制備成參考電池。所有太陽(yáng)能電池均進(jìn)行絲網(wǎng)印刷，在170℃下在旋轉(zhuǎn)式烘箱中干燥約10分鐘，并在720℃的峰值焙燒溫度下在帶式爐上焙燒。使用IV測(cè)試儀來(lái)評(píng)價(jià)太陽(yáng)能電池性能。然后使IV測(cè)試電池經(jīng)歷焊接過(guò)程，其中使用加熱至275℃的烙鐵將涂覆有低熔融溫度46Bi/34Sn/20Pb合金焊料的1.5mm寬銅帶附接到接頭母線。由所有三種實(shí)施例的漿料形成的接頭母線均是可焊的。

發(fā)現(xiàn)與實(shí)施例1和3的接頭漿料和含銀接頭漿料相比，實(shí)施例2的漿料展示最佳的IV性能。與常規(guī)含銀接頭漿料相比，其具有0.2％效率提高。與常規(guī)含銀接頭漿料相比，具有70重量％最高錫含量的實(shí)施例1的漿料不示出任何Voc提高。具有印刷和焙燒漿料貼片的基板的橫截面SEM分析示出具有較低錫含量的實(shí)施例2和3漿料的良好均勻BSF層形成，然而具有70重量％的高錫含量的實(shí)施例1的漿料的BSF層較不均勻并且觀察到BSF層中的間隙。據(jù)信實(shí)施例1的漿料的此類(lèi)不均勻BSF層形成是由于相比于具有50重量％及以下的錫含量的漿料的較低Voc。

實(shí)施例2的漿料也展示出相比于實(shí)施例1的漿料的更好粘附性，和相比于實(shí)施例3的漿料的更好至相當(dāng)?shù)恼掣叫?。由所?種實(shí)施例的漿料形成的電極均具有比常規(guī)含銀接頭漿料的粘附性更低的粘附性。

評(píng)價(jià)印刷在硅基板上并且在相同條件下干燥和焙燒的經(jīng)焙燒漿料貼片的漿料電阻率。電阻率測(cè)量示出實(shí)施例2和3的漿料具有對(duì)于接頭漿料要求而言可接受的電阻率，然而實(shí)施例1的電阻率在一定程度上較高。

實(shí)施例4-7

為評(píng)價(jià)錫粒度對(duì)漿料性能的影響，通過(guò)在焊膏混合機(jī)中將下列物質(zhì)混合來(lái)制備四種其它小批量的在組成上與實(shí)施例1和2的組合物相當(dāng)?shù)匿X-錫漿料：具有1-2μm鋁顆粒的鋁漿前體，粒度為5μm(實(shí)施例4和5)和1-5μm(實(shí)施例6和7)的錫粉，以及有機(jī)介質(zhì)萜品醇/乙基纖維素。最終的漿料組合物示于表2中。

表2

所有漿料均在與上述對(duì)于實(shí)施例1-3的漿料所述的條件相同的條件下印刷、干燥和焙燒。

只有由實(shí)施例4的漿料形成的接頭母線是可使用實(shí)施例1-3所述的技術(shù)焊接的。

其展示出太陽(yáng)能電池性能在很大程度上取決于漿料中的錫含量，然而錫粒度起到較不重要的作用。具有50重量％錫含量的所有漿料示出相比于銀漿料的Voc增加，從而導(dǎo)致太陽(yáng)能電池效率增加至多0.15％至0.2％，然而具有70重量％或更多的錫的漿料相比于銀漿展示出相當(dāng)至更低的Voc。在所有情況下，相比于具有較大錫粒度的漿料，具有最小錫粒度，即1-5μm的漿料示出較高Voc。

實(shí)施例的漿料的焙燒貼片的電阻率評(píng)價(jià)示出具有最小錫粒度(1-5μm)的實(shí)施例6和7的漿料具有最高電導(dǎo)率。具有最大錫粒度(-100目)的實(shí)施例1-3的漿料示出對(duì)于接頭應(yīng)用而言可接受的良好電導(dǎo)率。具有中等錫粒度(5μm)和50重量％錫的實(shí)施例4的漿料具有良好電導(dǎo)率，然而具有中等錫粒度(5μm)和70重量％錫的實(shí)施例5的漿料具有低電導(dǎo)率。對(duì)于具有相同尺寸的錫顆粒的漿料而言，具有50重量％錫的漿料具有比具有70重量％錫的漿料更高的電導(dǎo)率。