用于太陽(yáng)能應(yīng)用的過(guò)孔填料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于太陽(yáng)能應(yīng)用中的過(guò)孔填料，其表現(xiàn)出低的串聯(lián)電阻和高的旁路電阻。本發(fā)明的過(guò)孔填料包含銀粉、玻璃粉和載劑。
【專利說(shuō)明】用于太陽(yáng)能應(yīng)用的過(guò)孔填料
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于太陽(yáng)能應(yīng)用中的過(guò)孔填料，其具有低的串聯(lián)電阻和高的旁路電阻。這種新的太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)是背接觸太陽(yáng)能電池裝置。在該裝置中，與P和η表面的接觸是在太陽(yáng)能電池的背面形成的。這種結(jié)構(gòu)利于降低陰影損失，從而提高了太陽(yáng)能效率。本發(fā)明特別涉及關(guān)鍵的金屬化，其如圖1所示通過(guò)孔將太陽(yáng)能電池的正面與背面相連。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽(yáng)能電池有時(shí)也被稱為光伏電池，通過(guò)光伏效應(yīng)將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能。最常見(jiàn)的太陽(yáng)能電池包含大面積的P-N結(jié)裝置。這種太陽(yáng)能電池通常包含硅片，該硅片在N側(cè)摻有磷，在P側(cè)摻有硼。在硅片的N側(cè)(通常在抗反射涂層上)形成金屬接觸網(wǎng)格。在硅片的P側(cè)上形成背接觸。當(dāng)光子撞擊太陽(yáng)能電池時(shí)，從硅片的N側(cè)釋放出電子。釋放的電子不能穿過(guò)P-N結(jié)，因此流過(guò)所述接觸網(wǎng)格。接觸網(wǎng)格與在所述背接觸的絕緣層上形成的收集器網(wǎng)格電連接。接觸網(wǎng)格與收集器網(wǎng)格之間的電連接是通過(guò)導(dǎo)電的過(guò)孔填料來(lái)建立的，該填料填充了穿過(guò)硅片的過(guò)孔。電子流通過(guò)外電路(未顯示)從收集器網(wǎng)格流向背接觸，它們?cè)诖颂畛淙牍杵琍側(cè)的自由“空穴”。流過(guò)外電路的電子流提供了電流(“I”)，太陽(yáng)能電池的電場(chǎng)產(chǎn)生了電壓(“V”)，他們的乘積是功率(“P”)。
[0003]眾所周知，太陽(yáng)能電池產(chǎn)生的功率會(huì)通過(guò)兩種寄生電阻而耗散，它們被稱為串聯(lián)電阻(“Rs”)和旁路電阻(“Rsh”)。串聯(lián)電阻來(lái)自于制造太陽(yáng)能電池的材料對(duì)電流(尤其是從硅片N側(cè)流向接觸網(wǎng)格的電子流)的固有電阻，和來(lái)自于有電阻的觸點(diǎn)。旁路電阻會(huì)防止電流穿過(guò)在太陽(yáng)能電池中形成的P-N結(jié)的電流泄漏。為了使太陽(yáng)能電池的效率最大化，應(yīng)當(dāng)使串聯(lián)電阻盡可能小，而使旁路電阻盡可能大。
[0004]發(fā)明概述
[0005]就處理太陽(yáng)能電池的寄生電阻而言，通過(guò)過(guò)孔形成導(dǎo)電通道是特別困難的問(wèn)題。一方面，希望過(guò)孔填料具有低的固有電阻，從而使串聯(lián)電阻最小。但是由于過(guò)孔填料在過(guò)孔中與硅片接觸，過(guò)孔填料也會(huì)形成貫穿P-N結(jié)的導(dǎo)電通道(旁路)，這不利地造成低的旁路電阻。
[0006]鑒于上述情況，本發(fā)明涉及用于太陽(yáng)能應(yīng)用中的過(guò)孔填料，其具有低的串聯(lián)電阻和高的旁路電阻。本發(fā)明的過(guò)孔填料包含銀粉、特殊氧化物、玻璃粉和載劑。另選的太陽(yáng)能電池類型是發(fā)射極穿孔卷繞電池(EWT)，其中硅片具有在其中形成的過(guò)孔，過(guò)孔將η側(cè)(主表面)與P側(cè)(主表面)連接。這些孔可以通過(guò)例如化學(xué)刻蝕、機(jī)械鉆孔或激光等形成。然后將過(guò)孔襯以電絕緣材料。然后用包含導(dǎo)電材料(通常是金屬，例如銀)和玻璃粉的糊填充絕緣的過(guò)孔。然后將填充有所述糊的硅片燒制，以將金屬燒結(jié)，將玻璃粉熔融。由此形成從硅片的η側(cè)到P側(cè)的、貫穿硅片厚度的導(dǎo)電通道。由于預(yù)先向過(guò)孔施用了絕緣材料，因而防止了穿過(guò)硅片的側(cè)向?qū)щ?。制造發(fā)射極穿孔卷繞太陽(yáng)能電池的方法在US2011/0192826中已公開(kāi)，該文獻(xiàn)經(jīng)引用而合并到本文中。
[0007]特別地，參考圖1。圖1是EWT太陽(yáng)能電池的概括的、程式化的圖。硅片10具有η側(cè)和P側(cè)。在硅片10中形成過(guò)孔(未顯示)，在所述η側(cè)和P側(cè)之間提供通道。將絕緣層50施用在過(guò)孔的內(nèi)表面上和娃片10的η側(cè)的至少一部分表面上。過(guò)孔填充有含有金屬和玻璃粉的糊60。將鈍化層70 (例如SiNx和SiO2)施用在硅片10的η側(cè)上的至少一部分絕緣層50上。它也可以覆蓋糊60的暴露的部分。
[0008]然后，將過(guò)孔中填充了糊60的硅片10燒制，以將糊中的金屬燒結(jié)、將玻璃熔融，從而形成一個(gè)塞?；蛘?，不是僅燒制過(guò)孔糊60，也可以由另一種糊在硅片η側(cè)(80)和P (90)上都印刷觸點(diǎn)。糊80和糊90各自覆蓋糊60的至少一部分暴露的端面。η側(cè)觸點(diǎn)80可以覆蓋一部分鈍化層70。如果之前燒制了糊60，則可以在所述塞的燒制端上印刷觸點(diǎn)80和90，并獨(dú)立燒制。
[0009]本發(fā)明開(kāi)發(fā)的糊組合物填充所述過(guò)孔，并在燒制時(shí)形成固體塞。該固體塞具有低的電阻，并且不在過(guò)孔中與發(fā)射極反應(yīng)而造成旁路。發(fā)射極是通過(guò)使磷擴(kuò)散到硅片中而形成的ρ-η結(jié)。所述糊還是可焊的，并具有高的粘附性。在一些場(chǎng)合，此過(guò)孔填料也可以被其它糊覆蓋，形成可焊性高的觸點(diǎn)。
[0010]本發(fā)明具有三個(gè)主要特點(diǎn)。第一個(gè)特點(diǎn)涉及在燒制過(guò)程中控制燒結(jié)。這是通過(guò)仔細(xì)選擇具有一定粒度的金屬粉末、使用具有特定熔點(diǎn)的玻璃和影響燒結(jié)性能的氧化物來(lái)實(shí)現(xiàn)的。第二個(gè)特點(diǎn)涉及旁路特性。通過(guò)控制過(guò)孔填充糊和周圍孔之間的反應(yīng)實(shí)現(xiàn)了優(yōu)異的旁路性能。這是通過(guò)選擇玻璃和通過(guò)氧化物的比例來(lái)控制的。第三個(gè)特點(diǎn)涉及被燒制膜的可焊性和粘附性。這是通過(guò)選擇對(duì)硅片具有反應(yīng)性的玻璃和選擇在燒結(jié)過(guò)程中不把玻璃擠壓到表面上的金屬粉末來(lái)實(shí)現(xiàn)的。除此之外，通過(guò)選擇有機(jī)樹(shù)脂來(lái)控制糊的流變性，以產(chǎn)生理想的過(guò)孔填充。
[0011]本發(fā)明的上述及其它特點(diǎn)將在下文更充分地描述，并特別在權(quán)利要求書(shū)中指出。下文的描述詳細(xì)闡述了本發(fā)明的一些示例性的實(shí)施方案，但它們只是指出了可以采用本發(fā)明原理的數(shù)種方式中的一部分。
[0012]附圖簡(jiǎn)述
[0013]圖1是太陽(yáng)能電池的程式化的示意性截面圖。
[0014]圖2 — 4是顯示在實(shí)施例中形成的過(guò)孔的橫截面的顯微照片。
[0015]發(fā)明詳述
[0016]本發(fā)明的過(guò)孔填料在燒制前含有銀粉和玻璃粉。銀粉和玻璃粉的特殊特點(diǎn)決定了使用由本發(fā)明過(guò)孔填料制成的塞的太陽(yáng)能電池的特性。
[0017]本發(fā)明的過(guò)孔填料優(yōu)選含有約65重量％至約90重量％的銀粉。更優(yōu)選地，本發(fā)明的過(guò)孔填料含有約74重量％至約87重量％的銀粉。銀粉應(yīng)該具有普通的高純度(99+ % )。
[0018]相信在使用具有兩種或更多種不同D5tl粒度(即，雙峰、三峰或者多峰粒度分布)的銀粉時(shí)，填充密度提高。銀粉優(yōu)選具有在大約0.25微米到大約30微米的范圍內(nèi)的D5tl平均粒度(有時(shí)簡(jiǎn)稱為D5tl尺寸)。
[0019]對(duì)于第一部分銀粉，D50尺寸為0.5到5微米，優(yōu)選為I到4.5微米，更優(yōu)選為
1.5-3.5微米，例如2-3微米。對(duì)于第二分部銀粉，D5tl尺寸為0.5到2.5微米，優(yōu)選為0.75到2.25微米，更優(yōu)選為1-2微米，例如1.25-1.75微米。對(duì)于第三部分銀粉，D5tl尺寸為0.1到1.5微米，優(yōu)選為0.3到1.3微米，更優(yōu)選是0.5-1.0微米，例如0.6-0.9微米。
[0020]另選的銀粉(在本文中可被稱為第一、第二、第三等等)的D5tl尺寸為2到20微米，優(yōu)選為3到15微米，更優(yōu)選為4-10微米，更優(yōu)選為5-9微米，例如6-8微米。
[0021]在本發(fā)明的實(shí)施方式中，可以使用第一、第二、第三和所述另選銀粉的各種比例的組合。
[0022]例如，糊可以含有20-50重量％的所述第一部分銀粉、30-50重量％的所述第二部分銀粉和0.1-10重量％的所述第三部分銀粉。優(yōu)選地，糊可以含有25-45重量％的所述第一部分銀粉、35-45重量％的所述第二部分銀粉和2-8重量％的所述第三部分銀粉?；蛘撸梢院?0-40重量％的所述第一部分銀粉、30-40重量％的所述第二部分銀粉和3-7重量％的所述第三部分銀粉。
[0023]在本發(fā)明的另一實(shí)施方式中，糊含有40-70重量％的所述另選部分銀粉、5-25重量％的所述第二部分銀粉和1-20重量％的所述第三部分銀粉。優(yōu)選地，糊含有45-65重量％的所述另選部分銀粉、10-20重量％的所述第二部分銀粉和5-15重量％的所述第三部分銀粉。更優(yōu)選地，糊含有50-60重量％的所述另選部分銀粉、12-18重量％的所述第二部分銀粉和6-10重量％的所述第三部分銀粉。
[0024]各種銀粒子表面積(SSA，用BET方法測(cè)量)都適用于本發(fā)明。例如，0.01-1.0m2/g>或 0.1-0.5m2/g、或 0.2-0.6m2/g、或 0.3-0.8m2/g、例如 0.22m2/g 或 0.84m2/g 的表面積。
[0025]兩種形態(tài)的銀粉都是可行的:平的薄片和球形。優(yōu)選的銀粉是球形和片狀粉末的組合。將兩種或三種不同尺寸和形狀的銀粉摻混，以控制燒結(jié)時(shí)的收縮率。用脂肪酸及其皂涂覆Ag粒子以實(shí)現(xiàn)需要的流變性。
[0026]優(yōu)選地，本發(fā)明的過(guò)孔填料還含有大約0.01%到大約10重量％的一種或多種玻璃粉，或1-10重量％。優(yōu)選地，用于本發(fā)明中的玻璃粉具有在大約250°C到650°C、優(yōu)選大約300°C到大約600°C范圍內(nèi)的 軟化點(diǎn)(通過(guò)Labino軟化點(diǎn)儀測(cè)量)。玻璃粉的化學(xué)組分對(duì)于確保不發(fā)生燒穿是關(guān)鍵的。例如，可以使用具有如表I所示組成的磷酸釩鉛玻璃(“Pb-V-P”)和鋁硅酸鉛鋅玻璃(Pb-Zn-Al-Si )。
[0027]表I玻璃組成范圍,重量％
[0028]
【權(quán)利要求】
1.導(dǎo)電糊，包含: a.65-90重量％的銀粉； b.0.1-10重量％的至少一種玻璃粉； c.獨(dú)立和區(qū)別部分的選自由鋯、鉍、鋁、及其組合組成的組的金屬的至少一種氧化物或粘土，和 d.獨(dú)立和區(qū)別部分的選自由鋇、鈣、鎂、硅及其組合組成的組的金屬的至少一種氧化物或粘土。
2.權(quán)利要求1的導(dǎo)電糊，其中所述銀粉至少具有雙峰粒度分布，該雙峰粒度分布具有第一 D5tl平均粒度和第二 D5tl平均粒度。
3.權(quán)利要求1的導(dǎo)電糊，其中所述銀粉至少具有三峰粒度分布，該三峰粒度分布具有具有第一 D5tl平均粒度的第一部分銀粉、具有第二 D5tl平均粒度的第二部分銀粉和具有第三D50平均粒度的第三部分銀粉。
4.權(quán)利要求3導(dǎo)電糊，其中所述第一D5tl尺寸為0.5至5微米，所述第二 D5tl尺寸為0.5至2.5微米，且所述第 三D5tl粒度為0.1至1.5微米，其中所述D5tl尺寸彼此相差至少0.1微米。
5.權(quán)利要求4導(dǎo)電糊，其中所述第一D5tl尺寸為I至4.5微米，所述第二 D5tl尺寸為0.75至2/25微米，且所述第三D5tl尺寸為0.3至1.3微米。
6.權(quán)利要求5導(dǎo)電糊，其中所述第一D5tl尺寸為1.5至3.5微米，所述第二 D5tl尺寸為I至2微米，且所述第三D5tl尺寸為0.5至1.0微米。
7.權(quán)利要求6導(dǎo)電糊，其中所述第一D5tl尺寸為2至3微米，所述第二 D5tl尺寸為1.25至1.75微米，且所述第三D5tl尺寸為0.6至0.9微米。
8.權(quán)利要求4至7的導(dǎo)電糊，其中所述銀粉含有20-50重量％的所述第一部分、30-50重量％的所述第二部分和0.1-10重量％的所述第三部分。
9.權(quán)利要求4至7的導(dǎo)電糊，其中所述銀粉含有25-45重量％的所述第一部分、35-45重量％的所述第二部分和2-8重量％的所述第三部分。
10.權(quán)利要求4至7的導(dǎo)電糊，其中所述銀粉含有30-40重量％的所述第一部分，30-40重量％的所述第二部分和3-7重量％的所述第三部分。
11.權(quán)利要求3的導(dǎo)電糊，其中所述第一D5tl尺寸為2至20微米，所述第二 D5tl尺寸為0.5至2.5微米，且所述第三D5tl粒度為0.1至1.5微米，其中所述D5tl尺寸彼此相差至少0.1微米。
12.權(quán)利要求11的導(dǎo)電糊，其中所述第一D5tl尺寸為3至15微米，所述第二 D5tl尺寸為0.75至2.25微米，且所述第三D5tl尺寸為0.3至1.3微米。
13.權(quán)利要求11的導(dǎo)電糊，其中所述第一D5tl尺寸為4至10微米，所述第二 D5tl尺寸為I至2微米，且所述第三D5tl尺寸為0.5至1.0微米。
14.權(quán)利要求11的導(dǎo)電糊，其中所述第一D5tl尺寸為5至9微米，所述第二 D5tl尺寸為1.25至1.75微米，且所述第三D5tl尺寸為0.6至0.9微米。
15.權(quán)利要求11至14任一項(xiàng)的導(dǎo)電糊，其中所述銀粉含有40-70重量％的所述第一部分，5-25重量％的所述第二部分和1-20重量％的所述第三部分。
16.權(quán)利要求11至14任一項(xiàng)的導(dǎo)電糊，其中所述銀粉含有45-65重量％的所述第一部分、10-20重量％的所述第二部分和5-15重量％的所述第三部分。
17.權(quán)利要求11至14任一項(xiàng)的導(dǎo)電糊，其中所述銀粉含有50-60重量％的所述第一部分、12-18重量％的所述第二部分和6-10重量％的所述第三部分。
18.權(quán)利要求3的導(dǎo)電糊，其中所述銀粉具有3至15微米的第一D5tl平均粒度、0.7至1.5微米的第二 D5tl粒度和I至3微米的第三D5tl平均粒度。
19.權(quán)利要求1的導(dǎo)電糊,其中(c)和(d)的和構(gòu)成所述導(dǎo)電糊的0.01至10重量％。
20.權(quán)利要求1的導(dǎo)電糊，其中(c)的粘土或氧化物構(gòu)成所述導(dǎo)電糊的0.1至5重量％。
21.權(quán)利要求1的導(dǎo)電糊，Cd)的粘土或氧化物構(gòu)成所述導(dǎo)電糊的0.01至2重量％。
22.權(quán)利要求1的導(dǎo)電糊，其中(c)的粘土或氧化物是選自由鋯、鉍、鋁及其組合組成的組的金屬的簡(jiǎn)單氧化物。
23.權(quán)利要求1的導(dǎo)電糊，其中(d)的粘土或氧化物是選自由鋇、鈣、鎂、硅及其組合組成的組的金屬的粘土。
24.權(quán)利要求5的導(dǎo)電糊，其中(c)的粘土或氧化物包括氧化鋯。
25.權(quán)利要求24的導(dǎo)電糊，其中(c)的粘土或氧化物還包含氧化鋁。
26.權(quán)利要求24的導(dǎo)電糊，其中(c)的粘土或氧化物包括Bi203。
27.權(quán)利要求24的導(dǎo)電糊，其中(c)的粘土或氧化物還包含膨潤(rùn)土。
28.權(quán)利要求27的導(dǎo)電·糊，其中(d)的粘土或氧化物包括鋰蒙脫石。
29.權(quán)利要求11的導(dǎo)電糊，其中(c)的粘土或氧化物包括Bi203。
30.權(quán)利要求1的導(dǎo)電糊，其中該導(dǎo)電糊含有74-87重量％的銀粉。
31.權(quán)利要求1的導(dǎo)電糊，其中所述至少一種玻璃粉含有至少一種選自由PbO、P2O5,V2O5, ZrO2, SiO2^Al2O3和Ta2O5組成的組的氧化物。
32.權(quán)利要求1的導(dǎo)電糊，其中所述至少一種玻璃粉含有Pb0、P205和V205。
33.權(quán)利要求32的導(dǎo)電糊，其中所述玻璃粉含有20-40重量％的Pb0、5_20重量％的P2O5、和 45-70 重量 ％ 的 V2O5。
34.權(quán)利要求1的導(dǎo)電糊，其中所述至少一種玻璃粉含有Pb0、Zn0、Si02、Al203和Ta205。
35.權(quán)利要求34的導(dǎo)電糊，其中所述至少一種玻璃粉含有45-70重量％的PbO、10-30重量％的Zn0、5-25重量％的Si02、l-15重量％的Al2O3、和1-10重量％的Ta205。
36.權(quán)利要求1的導(dǎo)電糊，其中所述至少一種玻璃粉具有250至650°C的軟化溫度。
37.權(quán)利要求1的導(dǎo)電糊，其中所述至少一種玻璃粉的Tg是300至550°C。
38.權(quán)利要求1的導(dǎo)電糊，其中至少一種玻璃粉在加熱時(shí)至少部分結(jié)晶。
39.一種電子器件，其具有基底和過(guò)孔，所述基底包含第一主表面和第二主表面，所述過(guò)孔具有從所述第一主表面延伸到所述第二主表面的側(cè)壁，該過(guò)孔填充有能夠在所述第一主表面和所述第二主表面之間傳導(dǎo)電流的經(jīng)燒制的導(dǎo)體材料，所述導(dǎo)體材料通過(guò)絕緣層與過(guò)孔的側(cè)壁電絕緣，所述絕緣層是在所述導(dǎo)體材料的燒制過(guò)程中形成的。
40.制造電子器件的方法，包括下述步驟: a.提供基底和過(guò)孔，所述基底具有第一表面和相對(duì)的第二表面，所述過(guò)孔在所述第一表面和所述第二表面之間延伸，所述過(guò)孔具有沿所述基底形成的側(cè)壁； b.向所述過(guò)孔中施用導(dǎo)電填料，和 c.燒制所述基底，使得所述導(dǎo)電填料形成在該導(dǎo)電填料和所述側(cè)壁之間的電絕緣層和從所述第一表面延伸到所述第二表面的導(dǎo)電通道。
41.權(quán)利要求40的方法，其中所述導(dǎo)電填料在燒制過(guò)程中不與所述側(cè)壁反應(yīng)。
42.導(dǎo)電糊，包含: a.65-90重量％的銀粉， b.0.1-10重量％的至少一種玻璃粉，和 c.獨(dú)立和區(qū)別部分的選自由鋯、鉍、鋁、及其組合組成的組的金屬的至少一種氧化物或粘土，和
43.權(quán)利要求42的 導(dǎo)電糊，還包含(d)獨(dú)立和區(qū)別部分的選自由鋇、鈣、鎂、硅及其組合組成的組的金屬的至少一種氧化物或粘土。
【文檔編號(hào)】H01B1/12GK103430240SQ201180052571
【公開(kāi)日】2013年12月4日 申請(qǐng)日期:2011年9月1日 優(yōu)先權(quán)日:2010年9月1日
【發(fā)明者】G·E·小格雷迪, C·M·麥金利, A·S·沙科赫 申請(qǐng)人:赫勞斯貴金屬北美康舍霍肯有限責(zé)任公司