[发明专利]金属浆料及其在硅太阳能电池生产中的用途

说明书

发明领域

本发明涉及金属浆料及其在硅太阳能电池生产中的用途。

发明背景

常规的具有p型基板的太阳能电池结构具有通常位于电池的正面或光 照面上的负极和位于背面上的正极。众所周知，在半导体的p-n结上入射 的合适波长的辐射充当在该半导体中产生电子-空穴对的外部能源。存在于 p-n结处的电势差会导致空穴和电子以相反的方向跨过该结移动，从而产 生能够向外部电路输送电力的电流。大部分太阳能电池为金属化的硅片形 式，即，具有导电的金属触点。

目前所用的太阳能发电电池大多为硅太阳能电池。具体地讲，电极是 通过使用诸如丝网印刷之类的方法由金属浆料制成。

硅太阳能电池的生产通常起始于硅片形式的p型硅基板，在p型硅基 板上通过磷(P)等的热扩散而形成反向导电型的n型扩散层。通常将三氯氧 化磷(POCl₃)用作气态磷扩散源，其他液体源为磷酸等。在不作任何特别改 性的情况下，扩散层是在硅基板的整个表面上形成。p-n结是在其中p型 掺杂剂的浓度等于n型掺杂剂的浓度处形成；常规电池的p-n结接近光照 面，并且结深度介于0.05和0.5μm之间。

在形成了该扩散层之后，通过用某种酸诸如氢氟酸进行蚀刻而将多余 的表面玻璃从表面的其余部分上除去。

接下来，通过诸如等离子体CVD(化学气相沉积)等方法在n型扩散 层上，形成厚度介于0.05和0.1μm之间的TiO_x、SiO_x、TiO_x/SiO_x或特别的 SiN_x或Si₃N₄的ARC层(抗反射涂层)。

常规的具有p型基板的太阳能电池结构通常具有位于电池正面或光照 面上的负栅极和位于背面上的正极。通常通过在电池正面上的ARC层上 丝网印刷并干燥正面银浆(正面电极形成银浆)来施加栅极。正面栅极通 常以所谓的H图案进行丝网印刷，该图案包括(i)薄的平行指状线(收集 线)以及(ii)与指状线垂直相交的两条母线。此外，还将背面银或银/铝浆 和铝浆丝网印刷(或某种其他施加方法)在基板的背面上，并且相继进行 干燥。通常，首先将背面银或银/铝浆丝网印刷到硅片背面上，形成两条平 行母线或形成矩形(极耳)，以准备用于焊接互连线(预焊接的铜带)。 然后将铝浆印刷到裸露区域，与背面银或银/铝略微重叠。在一些情况下， 在印刷了铝浆之后进行银或银/铝浆的印刷。然后通常在带式炉中进行焙 烧，持续1至5分钟的时间，使硅片达到700至900℃范围内的峰值温 度。正面栅极和背面电极可依次焙烧或共同焙烧。

一般将铝浆丝网印刷在硅片背面并对其进行干燥。将硅片在高于铝熔 点的温度下焙烧以形成铝硅熔体，随后在冷却阶段中形成掺有铝的外延生 长的硅层。该层一般被称为背表面场(BSF)层。铝浆通过焙烧从干燥状态转 化为铝背面电极。同时，将背面银或银/铝浆焙烧成银或银/铝背面电极。 在焙烧期间，背面铝与背面银或银/铝之间的边界呈现合金状态，并且还实 现电连接。铝电极占背面电极的绝大多数区域，部分归因于需要形成p+ 层。在背面的部分(常常作为2至6mm宽的母线)上形成银或银/铝背面 电极，以作为用于通过预焊接的铜带等来互连太阳能电池的电极。此外， 在焙烧过程中，作为正面栅极而印刷的正面银浆会烧结并渗透过ARC 层，从而能够与n型层进行电接触。这类方法通常被称为“烧透”。

WO 92/22928公开了一种方法，其中正面栅极是通过两步进行印刷； 指状线和母线的印刷分开进行。虽然用于印刷指状线的银浆能够烧透ARC 涂层，但是用于印刷母线的银浆却并非如此。用于印刷母线的银浆不具有 烧透能力。焙烧后获得栅极，该栅极由烧透的指状线和所谓的非接触式母 线(浮置母线、未烧透ARC层的母线)组成。栅极中仅其指状线被烧透 的优点是能在金属/半导体界面处减少空穴和电子的复合。复合减少导致开 路电压增大，从而增大具有此类正面栅极的硅太阳能电池的电产量。

希望提供烧透能力弱或甚至不具有烧透能力的厚膜导电组合物，所述 组合物可生成不与硅基板接触或仅与硅基板弱接触的母线，其具有改善的 耐焊性并能良好地粘附至硅太阳能电池正面上的ARC层。良好的粘附力 意味着硅太阳能电池具有较长的耐久性或使用寿命。