具有促粘玻璃的導(dǎo)電漿料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及用在太陽能面板技術(shù)中，尤其是用于形成背面焊盤的導(dǎo)電漿料組合 物。具體地講，在一個方面，本發(fā)明是一種包含導(dǎo)電顆粒、有機載體和玻璃料的導(dǎo)電漿料組 合物。該玻璃料包含Bi 2〇3、Al2〇3、Si〇2、B2〇3，和Li2〇或Li3P〇4兩者中的至少一種。根據(jù)另一個 實施方案，該導(dǎo)電漿料組合物還可以包含粘合增強劑。本發(fā)明的另一個方面是一種太陽能 電池，該太陽能電池通過將本發(fā)明的導(dǎo)電漿料施加到硅晶片的背面以形成焊盤而制成。本 發(fā)明還提供一種包含電互連的太陽能電池的太陽能面板。根據(jù)另一個方面，本發(fā)明還提供 一種制造太陽能電池的方法。
[0002] 發(fā)明背景
[0003] 太陽能電池是使用光伏效應(yīng)將光能轉(zhuǎn)變成電的裝置。太陽能是一種引人關(guān)注的綠 色能源，因為其為可持續(xù)的且僅產(chǎn)生無污染的副產(chǎn)物。因此，目前大量研究致力于開發(fā)具有 增強的效率同時持續(xù)地降低材料和制造成本的太陽能電池。
[0004] 當光照到太陽能電池時，一部分入射光被表面反射而其余部分則透射到太陽能電 池中。透射光的光子被太陽能電池吸收，該太陽能電池通常由諸如硅的半導(dǎo)體材料制成。來 自所吸收的光子的能量激發(fā)該半導(dǎo)電材料從其原子產(chǎn)生電子，從而生產(chǎn)電子-空穴對。這些 電子-空穴對接著被p-n結(jié)分離并由施加到該太陽能電池表面上的導(dǎo)電電極收集。
[0005] 最常見的太陽能電池是由硅制成的太陽能電池。具體地講，p-n結(jié)由硅通過將η型 擴散層施加到Ρ型硅基板上，與兩個電接觸層或電極耦合而制成。在Ρ型半導(dǎo)體中，將摻雜劑 原子添加到半導(dǎo)體以便增加自由載流子(正空穴)的數(shù)量。摻雜材料本質(zhì)上從半導(dǎo)體原子帶 走結(jié)合較弱的外層電子。Ρ型半導(dǎo)體的一個實例為具有硼或鋁摻雜劑的硅。太陽能電池也可 由 η型半導(dǎo)體制成。在η型半導(dǎo)體中，摻雜劑原子將額外的電子提供給主基板，從而產(chǎn)生過量 的負電子載流子。η型半導(dǎo)體的一個實例為具有磷摻雜劑的硅。為了使太陽能電池對陽光的 反射減至最少，將抗反射涂層(諸如氮化硅)施加到η型擴散層以增加耦合至太陽能電池中 的光量。
[0006] 太陽能電池典型地在其前表面和后表面上施加有導(dǎo)電漿料。正面漿料使得形成電 極，該電極傳導(dǎo)由電子交換產(chǎn)生的電（如上所述），而背面漿料用作焊接接頭以經(jīng)由涂有焊 料的導(dǎo)電線以串聯(lián)方式連接太陽能電池。為了形成太陽能電池，首先諸如通過絲網(wǎng)印刷銀 漿料或銀/鋁漿料將后部觸點施加到硅晶片的背面以形成焊盤。接下來，將背面鋁漿料施加 到硅晶片的整個背面，與焊盤的邊緣略微重疊，接著對電池進行干燥。圖1示出了硅太陽能 電池1〇〇,其具有橫過電池的長度的焊盤110,以及印刷在整個表面上的鋁背面120。最后，使 用不同類型的導(dǎo)電漿料，典型地為含銀漿料，可將金屬觸點絲網(wǎng)印刷到硅晶片的正面以用 作前電極。當光進入時，在電池正面或前部上的該電接觸層典型地以由指狀線和母線構(gòu)成 的格柵圖案存在，而不是一個完整層，因為金屬格柵材料典型地不透光。接著，在約700-975 °〇的溫度下，對印刷有正面和背面漿料的硅基板進行燒制。在燒制期間，正面漿料蝕刻穿過 抗反射層，在金屬格柵與半導(dǎo)體之間形成電接觸，且將金屬漿料轉(zhuǎn)變成金屬電極。在背面 上，鋁擴散至硅基板中，充當摻雜劑，從而產(chǎn)生背表面場(BSF)。該電場有助于提高太陽能電 池的效率。
[0007] 所得的金屬電極使得電能夠流向太陽能面板中所連接的太陽能電池以及從這些 太陽能電池流出。為了組裝面板，將多個太陽能電池以串聯(lián)和/或并聯(lián)方式連接且第一個電 池與最后一個電池的電極末端優(yōu)選地連接至輸出接線。太陽能電池典型地被封裝于透明熱 塑性樹脂中，諸如硅橡膠或乙烯-乙酸乙烯酯。將透明玻璃板置于封裝用透明熱塑性樹脂的 前表面上。將背面保護材料(例如，涂有聚氟乙烯膜且具有良好機械特性和良好耐候性的聚 對苯二甲酸乙二醇酯板)置于封裝用熱塑性樹脂之下。這些分層材料可以在適當?shù)恼婵諣t 中加熱以除去空氣，接著通過加熱和壓縮而整合成一體。此外，由于太陽能模塊典型地長期 處于露天環(huán)境中，因此需要用由鋁等組成的框架材料覆蓋太陽能電池的周圍。
[0008] 供背面使用的典型導(dǎo)電漿料包含金屬顆粒、玻璃料和有機載體。這些組分必須小 心地加以選擇以充分利用所得太陽能電池的理論電位。由通常包含銀或銀/鋁的背面漿料 形成的焊盤特別重要，因為焊接至鋁背面層實際上是不可能的。這些焊盤可被形成為沿著 硅基板長度延伸的條棒形式(如圖1中所示），或沿著硅基板的長度布置的不連續(xù)區(qū)段的形 式。這些焊盤必須良好地粘附至硅基板，且必須能夠經(jīng)受焊接接線時的機械操作，同時對太 陽能電池的效率無有害影響。
[0009] 用于測試背面焊盤的粘附力的典型方法是將焊線施加到銀層焊盤，接著測量相對 于基板以某一角度(典型地為180度)剝離焊線所需的力。一般來講，大于2牛頓的拉力為最 低要求，而力越大被認為越符合需要。因此，需要具有改善的粘合強度的背面漿料組合物。 [0010] 美國專利第7,736,546號和第7,935,279號公開了包含了6〇2，和扮2〇 3、3丨02及其組 合中的一種或多種的無鉛玻璃料。這些專利還公開了包含這些玻璃料的導(dǎo)電油墨和施加有 此類導(dǎo)電油墨的制品。'546和'279專利的導(dǎo)電漿料組合物通過滲透硅基板且與其形成歐姆 接觸而用于在太陽能電池上形成正面表面電極。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明提供一種用于在太陽能電池上形成背面焊盤的導(dǎo)電漿料組合物，該組合物 包含金屬顆粒;包含扮2〇3^12〇 3、3丨02、82〇3，和1^2〇或1^3?〇4兩者中的至少一種的玻璃料 ；以 及有機載體。
[0012] 本發(fā)明還提供一種太陽能電池，該太陽能電池包括具有正面和背面的硅晶片，以 及形成于該硅晶片上的由本發(fā)明的導(dǎo)電漿料制成的焊盤。
[0013] 本發(fā)明的另一個方面涉及一種太陽能電池模塊，該模塊包括電互連的本發(fā)明的太 陽能電池。
[0014] 本發(fā)明還提供一種制造太陽能電池的方法，該方法包括以下步驟:提供具有正面 和背面的硅晶片，將根據(jù)本發(fā)明的導(dǎo)電漿料組合物施加到該硅晶片的背面上，以及根據(jù)適 當?shù)妮喞獙υ摴杈M行燒制。
【附圖說明】
[0015] 通過參照以下【具體實施方式】，當結(jié)合以下附圖1考慮時，將易于獲得對本發(fā)明及其 許多伴隨益處的更完整理解和更好的了解，該附圖為根據(jù)本發(fā)明示例性實施方案的在硅太 陽能電池的整個長度上印刷有銀焊盤的電池背面的平面圖。
【具體實施方式】
[0016]本發(fā)明涉及一種可用于施加到太陽能電池背面的導(dǎo)電漿料組合物。該導(dǎo)電漿料組 合物優(yōu)選地包含金屬顆粒、玻璃料和有機載體。該導(dǎo)電漿料也可包含粘合增強劑。盡管不限 于此類應(yīng)用，但此類導(dǎo)電漿料可用于在太陽能電池中形成電接觸層或電極，以及形成用于 在模塊中將太陽能電池互連的焊盤。
[0017]圖1說明了沉積在娃太陽能電池100的背面上的示例性焊盤110。在該特定實例中， 絲網(wǎng)印刷的銀焊盤110橫過硅太陽能電池100的長度。在其它構(gòu)造中，這些焊盤可以為不連 續(xù)的區(qū)段。這些焊盤可呈任何形狀和大小，諸如本領(lǐng)域中已知的形狀和大小。在硅太陽能電 池100的背面上還印刷有第二背面漿料，例如含鋁漿料，且第二背面漿料與焊盤110的邊緣 形成接觸。該第二背面漿料在燒制時形成太陽能電池100的BSF 120。
[0018] 導(dǎo)電漿料
[0019] 本發(fā)明的一個方面涉及用于形成背面焊盤的導(dǎo)電漿料組合物。所需的背面漿料為 具有高粘合強度以實現(xiàn)最佳的太陽能電池機械可靠性，同時還優(yōu)化太陽能電池的電性能的 背面漿料。根據(jù)本發(fā)明的導(dǎo)電漿料組合物一般由金屬顆粒、有機載體和玻璃料構(gòu)成。該導(dǎo)電 漿料組合物還可以包含粘合增強劑。根據(jù)一個實施方案，以該漿料的總重量為100%計，背 面導(dǎo)電漿料包含約30-75重量％的金屬顆粒、約1-10重量％的玻璃料、約20-60重量％的有 機載體和約〇. 01-5重量％的粘合增強劑。
[0020] 玻璃料
[0021] 如與常規(guī)漿料組合物相比，本發(fā)明的玻璃料使所得導(dǎo)電漿料的粘合強度得到改 善。用于印刷背面焊盤的導(dǎo)電漿料的金屬含量對該漿料的粘合強度具有影響。以該漿料的 總重量為100 %計，較高的金屬顆粒含量，例如介于60-75重量％之間，提供更佳的粘附力， 因為有更多的可焊接材料可用。當金屬含量低于60重量％時，粘合力急劇降低。因此，該玻 璃料甚至變得更加重要，因為其補償了粘合強度的降低。此外，用于形成焊盤的某些漿料可 與施加到硅太陽能電池的整個背面表面上以形成BSF的鋁漿料相互作用。當此情形發(fā)生時， 在背面焊接漿料與表面鋁漿料重疊的區(qū)域處形成氣泡或缺陷。本發(fā)明的玻璃組合物減輕這 種相互作用且提供較低的總后柵極電阻和串聯(lián)電阻。
[0022] 本發(fā)明的玻璃料優(yōu)選包含別2〇3^12〇3、5丨0 2、82〇3，和1^20或1^疋〇4中的至少一種。 根據(jù)一個實施方案，以玻璃組分的總重量為100%計，該玻璃料包含約30-99.9%，優(yōu)選約 50-99.9%，更優(yōu)選約70-90%的則203 ;約0.01-15%，更優(yōu)選約1-10%的厶1203 ;約0.01-15%，更優(yōu)選約 1-10% 的Si02;約0.01-10%，更優(yōu)選約0.01-5% 的B2〇3;以及約0.01-20%， 更優(yōu)選約5-15%的Li20和/或Li 3P04。經(jīng)測定，相對于常規(guī)漿料，這樣的組合可改善所得的漿 料組合物粘合特性。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的其它實施方案，導(dǎo)電漿料中存在的玻璃料可包含其它元素、氧化物、 在加熱時產(chǎn)生氧化物的化合物，或其混合物。在這一情形中，優(yōu)選的元素為硅、B、A1、Bi、Li、 恥、]\%、？13、211、6(1、〇6、2廣11、]\111、311、1?11、(：〇、？6、〇1、83和0，或其組合。根據(jù)一個實施方案，該 玻璃料可含鉛或可基本上不含鉛。可摻入玻璃料中的優(yōu)選氧化物可包括堿金屬氧化物、堿 土金屬氧化物、稀土氧化物、第V族和第VI族氧化物、其它氧化物或其組合。在這一情形中， 優(yōu)選的堿金屬氧化物為氧化鈉、氧化鋰、氧化鉀、氧化銣、氧化銫或其組合。在這一'倩形中， 優(yōu)選的堿土金屬氧化物為氧化鈹、氧化鎂、氧化鈣、氧化鍶、氧化鋇或其組合。在這一情形 中，優(yōu)選的第V族