用于導(dǎo)電糊組合物的含鉬的玻璃粉的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及導(dǎo)電糊組合物。具體而言，該導(dǎo)電糊用于太陽(yáng)能電池技術(shù)中，尤其用于 形成正面電極。一方面，該導(dǎo)電糊組合物包括導(dǎo)電金屬粒子、有機(jī)載劑和玻璃粉。該玻璃粉 包括鉬或含鉬的化合物。本發(fā)明的另一方面是通過(guò)將本發(fā)明的導(dǎo)電糊施用到硅片上制成的 太陽(yáng)能電池。本發(fā)明還提供了包含電互連的太陽(yáng)能電池的太陽(yáng)能電池板。根據(jù)另一方面， 本發(fā)明還提供了制造太陽(yáng)能電池的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 太陽(yáng)能電池是利用光伏效應(yīng)將光能轉(zhuǎn)化成電力的裝置。太陽(yáng)能是有吸引力的綠色 能源，因?yàn)槠淇沙掷m(xù)并且僅產(chǎn)生無(wú)污染的副產(chǎn)物。在運(yùn)行中，當(dāng)光照到太陽(yáng)能電池時(shí)，一部 分入射光被表面反射，其余部分透射到太陽(yáng)能電池中。透射光的光子被通常由半導(dǎo)體材料 (例如硅）制成的太陽(yáng)能電池吸收。來(lái)自被吸收的光子的能量由半導(dǎo)體材料的原子中激發(fā) 出它們的電子，以生成電子-空穴對(duì)。這些電子-空穴對(duì)然后被p-n結(jié)分離，并被施用在太 陽(yáng)能電池表面上的導(dǎo)電電極收集。由此可以在互連的太陽(yáng)能電池之間傳導(dǎo)電力。
[0003] 太陽(yáng)能電池通常具有施用到它們的正面和背面上的導(dǎo)電糊，它們?cè)跓茣r(shí)形成電 極。用于形成正面電極的典型導(dǎo)電糊含有金屬粒子、玻璃粉和有機(jī)載劑。通常選擇這些組 分以充分利用所得太陽(yáng)能電池的理論潛力。例如，希望使導(dǎo)電糊與硅表面之間以及金屬粒 子本身的接觸最大化，以使電荷載流子可以經(jīng)硅界面流向太陽(yáng)能電池正面上的印刷手指線 和母線。為了提供這種接觸，該組合物中的玻璃粒子在燒制時(shí)蝕穿抗反射涂層，并有助于建 立導(dǎo)電金屬與下方的硅基板之間的接觸。另一方面，該玻璃的侵蝕性絕不能強(qiáng)到在燒制后 使P-n結(jié)分流。因此，目標(biāo)是在使p-n結(jié)保持完好的同時(shí)使接觸電阻最小化以實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的 效率。已知的組合物由于該玻璃在金屬層與硅片界面處的絕緣效應(yīng)而具有高的接觸電阻。 此外，玻璃粉已知具有寬的熔融溫度范圍，以致其性能強(qiáng)烈地依賴于加工參數(shù)。另外，重要 的是改進(jìn)導(dǎo)電糊與基板之間的粘合以改進(jìn)機(jī)械可靠性。
[0004] 因此，需要改進(jìn)導(dǎo)電糊與下方基板之間的電接觸并改進(jìn)粘合、同時(shí)不會(huì)不利地影 響該導(dǎo)電糊的導(dǎo)電性質(zhì)的用在導(dǎo)電糊中的玻璃組合物。
[0005] 發(fā)明概沐
[0006] 相應(yīng)地，包括鉬或含鉬的化合物的本發(fā)明的玻璃組合物表現(xiàn)出改進(jìn)的粘合性能。 另外，鉬或含鉬的化合物的存在改變?cè)摬ＡХ鄣牟ＡЩD(zhuǎn)變溫度，以致可根據(jù)不同規(guī)范調(diào) 節(jié)玻璃粉的熔融行為和所產(chǎn)生的加工參數(shù)。
[0007] 本發(fā)明提供一種導(dǎo)電糊組合物，其包括金屬粒子、玻璃粉和有機(jī)載劑，所述玻璃粉 包含氧化鉛、二氧化硅、和鉬或含鉬的化合物。
[0008] 本發(fā)明還提供太陽(yáng)能電池，其通過(guò)將本發(fā)明的導(dǎo)電糊施用到硅片上并燒制該硅片 而制成。
[0009] 本發(fā)明的另一方面是太陽(yáng)能電池模塊，其包括電互連的根據(jù)本發(fā)明的太陽(yáng)能電 池。
[0010] 本發(fā)明還提供制造太陽(yáng)能電池的方法，其包括下述步驟：提供具有正面和背面的 硅片，將本發(fā)明的導(dǎo)電糊施用到所述硅片上，和燒制所述硅片。
[0011] 附圖簡(jiǎn)沐
[0012] 圖1是描繪根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施方案各種玻璃的熱流隨溫度而變化的差 示掃描量熱圖。
[0013] 發(fā)明詳沐
[0014] 本發(fā)明涉及可用于在太陽(yáng)能電池上形成電極的導(dǎo)電糊組合物。此類糊可用于形成 太陽(yáng)能電池正面上的電極，以提供太陽(yáng)能電池之間的傳導(dǎo)路徑，但不限于這種用途。該導(dǎo)電 糊組合物優(yōu)選包含導(dǎo)電金屬粒子、有機(jī)載劑和包括鉬或含鉬的化合物的玻璃粉。
[0015] 導(dǎo)電糊
[0016] 所需導(dǎo)電糊是高度導(dǎo)電的以優(yōu)化所得太陽(yáng)能電池的效率?？梢赃x擇該糊的組分及 其比例，以使該糊產(chǎn)生具有最佳電性質(zhì)的電極并容易印刷。實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的電性質(zhì)的一種方式 是提高在導(dǎo)電糊與下方硅基板之間形成的接觸量。另外，導(dǎo)電糊與下方基板之間的改進(jìn)的 粘合是合意的，以確保機(jī)械可靠性和性能。
[0017] 本發(fā)明的導(dǎo)電糊通常包含導(dǎo)電金屬粒子、有機(jī)載劑和玻璃粉。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案， 基于100%的糊總重量，該導(dǎo)電糊包含大約70-99重量％的金屬粒子、大約0. 1-15重量％的 玻璃粉、大約1-15重量％的有機(jī)載劑。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，該導(dǎo)電糊進(jìn)一步包括無(wú)機(jī)和有 機(jī)添加劑。
[0018] 玻璃粉
[0019] 本發(fā)明的玻璃粉充當(dāng)粘合介質(zhì)，以促進(jìn)金屬導(dǎo)電粒子與硅基板之間的粘合并因此 在太陽(yáng)能裝置的壽命期間提供可靠的電接觸性能。具體而言，玻璃粉蝕穿硅基板的表面層 (例如抗反射層），以在導(dǎo)電糊與硅片之間形成有效接觸。某些玻璃組合物由于該玻璃在導(dǎo) 電糊與硅片之間的絕緣效應(yīng)而導(dǎo)致硅界面處的高接觸電阻。本發(fā)明的玻璃粉具有提供較低 接觸電阻和較高整體電池效率的優(yōu)點(diǎn)。另外，本發(fā)明的玻璃粉產(chǎn)生對(duì)硅基板具有改進(jìn)的粘 合的糊。最后，鉬是廉價(jià)的元素并且無(wú)毒，以使其適用于玻璃粉。
[0020] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，基于100%的導(dǎo)電糊總重量，該玻璃粉為大約0. 1-20重量％， 優(yōu)選大約0. 2-12重量％，更優(yōu)選大約0. 3-8重量％，最優(yōu)選大約0. 5-5重量％。
[0021 ] 優(yōu)選的玻璃粉是表現(xiàn)出玻璃化轉(zhuǎn)變的非晶或部分結(jié)晶固體的粉末。玻璃化轉(zhuǎn)變溫 度Tg是非晶物質(zhì)在加熱時(shí)從硬質(zhì)固體轉(zhuǎn)變成部分流動(dòng)的過(guò)冷熔體時(shí)的溫度。玻璃化轉(zhuǎn)變 溫度的測(cè)定方法是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的。具體而言，使用同時(shí)記錄差示掃描量熱法OSC) 和熱重分析（TGA)曲線的DSC裝置SDTQ600(可購(gòu)自TAInstruments)測(cè)定玻璃化轉(zhuǎn)變溫 度!；。該儀器配有水平天平和具有鉑/鉑-銠（R型）熱電偶的爐。所用樣品支架是容積大 約40-90微升的氧化鋁陶瓷坩堝。為了測(cè)量和數(shù)據(jù)評(píng)估，分別采用測(cè)量軟件QAdvantage; ThermalAdvantageRelease5.4.0 和UniversalAnalysis2000,version4.5ABuild 4. 5. 0.5。作為參照物和樣品的盤，使用體積大約85微升的氧化鋁盤。以0.01毫克的精 確度將大約10-50毫克量的樣品稱入樣品盤中。將空基準(zhǔn)盤和樣品盤置于裝置中，關(guān)閉爐 并開(kāi)始測(cè)量。從25°C的起始溫度到1000°C的結(jié)束溫度使用10K/min的加熱速率。該儀器 中的天平始終用氮?dú)猓∟25. 0)吹掃，該爐用合成空氣（來(lái)自Linde的80%隊(duì)和20% 02)以 50ml/min的流速吹掃。使用上述軟件將DSC信號(hào)中的第一步評(píng)定為玻璃化轉(zhuǎn)變，并取測(cè)得 的起始值作為Tg的溫度。
[0022] 優(yōu)選地，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度低于導(dǎo)電糊的所需燒制溫度。根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的玻璃 粉具有大約200°C至大約700°C、優(yōu)選大約250°C至大約650°C、最優(yōu)選大約250°C至大約 500 °C的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。
[0023] 在本發(fā)明中，該玻璃粉優(yōu)選包含鉬或含鉬的化合物。不受制于任何特定理論，但 申請(qǐng)人相信，該鉬或含鉬的化合物提高玻璃粉的密度并使得在玻璃與硅基板之間的界面處 最低限度形成間隙并改進(jìn)玻璃與金屬粒子之間的界面。這導(dǎo)致更好的粘合。此外，可通過(guò) 改變玻璃中存在的鉬的量調(diào)節(jié)玻璃組合物的性質(zhì)，包括其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和熔融溫度。這 使得可調(diào)節(jié)的加工參數(shù)符合各種溫度特異性的用途。實(shí)際上，參考圖1，該圖描繪三種不同 玻璃的差示掃描量熱曲線。玻璃A和B含有鉬（見(jiàn)實(shí)施例），而參考玻璃不含鉬。如所示， 與參考玻璃（696°C)相比，在玻璃A和B中包括鉬提高了玻璃熔融溫度（779°C、805°C和 876°C) 〇
[0024]另外，通常存在于玻璃粉中的硼可以被鉬或含鉬的化合物替代。硼在玻璃粉中的 存在傾向于使玻璃粉在所得導(dǎo)電糊的燒制過(guò)程中快速結(jié)晶，這又會(huì)不利地影響玻璃流動(dòng)性 能。在一個(gè)實(shí)施方案中，該玻璃粉不含或基本不含硼。
[0025] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，基于100 %的玻璃粉總重量，該玻璃粉包含大約0. 1-30重 量％的鉬或含鉬的化合物，優(yōu)選大約〇. 1-20重量％，更優(yōu)選大約4-10重量％。含鉬的化合 物的合適實(shí)例包括，但不限于，鉬的氧化物，例如M〇0、MoOjPM〇0 3，鉬的鹵化物，例如MoF3、 MoF4、MoF6、MoC12、MoC13、MoC14、MoC16、Mofc3、Mofc4、MoI2、MoI#PMol4,和鉬的硫族化物，例 如MoS2、MoS3、MoSejPMoTe2，和它們的組合。根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，使用M〇03。
[0026] 除鉬或含鉬的化合物外，在玻璃粉中還可包括其它元素、氧化物和/或在加熱時(shí) 生成氧化物的化合物、或它們的混合物。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，該玻璃粉包含氧化鉛 (PbO)、二氧化硅（Si02)和鉬（Mo)或含鉬的化合物。在一個(gè)實(shí)施方案中，基于100 %玻璃 總重量，該玻璃粉包含大約10-99重量％PbO,優(yōu)選大約70-99重量％PbO,更優(yōu)選70-90重 量％，最優(yōu)選大約70-85重量％。在另一實(shí)施方案中，基于100%玻璃總重量，該玻璃粉包 含大約10-30重量％PbO,優(yōu)選大約20-30重量％。在一個(gè)實(shí)施方案中，基于100 %的玻璃 粉總重量，該玻璃粉包含大約0. 1-15重量％Si02，優(yōu)選大約5-15重量％Si02，更優(yōu)選大約 5-10 重量％Si02。
[0027] 在另一實(shí)施方案中，該玻璃粉可包含其它鉛基化合物，包括但不限于，鹵化鉛、鉛 硫族化物、碳酸鉛、硫酸鉛、磷酸鉛、硝酸鉛和有機(jī)金屬鉛化合物的鹽，或在熱分解過(guò)程中可 形成氧化鉛或鹽的化合物。在另一實(shí)施方案中，該玻璃粉可以是無(wú)鉛的。
[0028] 除上文列舉的組分外，該玻璃粉還可包含用于改進(jìn)所得導(dǎo)電糊的接觸性質(zhì)的其它 化合物。例如，該玻璃粉還可包含Li、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba、V、Zr、W、Mn、Zn、B、P、 Sn、Ga、Ge、In、Al、Sb、Bi、Ce、Cu、Ni、Cr、Fe或Co的氧化物或其它化合物，它們的任何組 合。此類氧化物和化合物的實(shí)例包括，但不限于，鍺氧化物、鋰氧化物、錫氧化物、銦氧化物、 稀土氧化物（例如La203或鈰氧化物）、磷氧化物、過(guò)渡金屬氧化物（例如釩氧化物、鉬氧化 物、鈮氧化物、銅氧化物和鉻氧化物）、金屬鹵化物（例如氟化鉛和氟化鋅）、及其組合。在 一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，該玻璃粉包含氧化鋁（例如A1203)、氧化鋅（ZnO)、或這二者。優(yōu)選 地，此類氧化物和化合物以玻璃粉的大約0. 1-15重量％的總量存在。在另一優(yōu)選實(shí)施方案 中，該玻