[发明专利]特别用于在太阳能电池生产期间与硅进行接触的包含金属颗粒并且能够蚀刻的可印刷的介质

说明书

技术领域

本发明涉及可特别用于在硅太阳能电池上形成金属触点的可印刷的介质。本发明进一步涉及用于生产硅太阳能电池的方法以及可由此生产的太阳能电池。

背景技术

当前工业制造的大部分太阳能电池都是基于硅衬底生产的，其中硅衬底表面上的金属触点通常是通过例如丝网印刷等印刷工艺形成的。传统上，特别是硅衬底前面的金属触点是使用可印刷的浆形成的，可印刷的浆包含银颗粒、玻璃粉和无机溶剂，并且以细长接触指的网格形式印刷在衬底表面上。在该浆干燥之后，典型地在所谓的烧制步骤中以超过700至800℃的温度使其进入衬底表面。如果在将可印刷的浆施加到衬底表面之前，沉积电介质层例如作为抗反射层和/或钝化层，则包含在该浆中的玻璃粉可用于将电介质层局部开口，使得也包含在该浆中的银颗粒可以形成与下面的硅，特别是与形成在衬底前表面上的发射极的导电接触。

用于在太阳能电池上形成前触点的传统可印刷的浆由于其中包含银颗粒以及银的高价格而构成太阳能电池生产总成本的相当大的部分。此外，在烧制步骤期间通过包含在传统浆中的玻璃粉将下面的电介质层开口所需的高温首先导致需要用于烧制步骤的高能量，其次，在具体的太阳能电池设计中，带来太阳能电池损坏的风险。

发明内容

因此，需要一种替代的低成本可印刷的介质和相应的产生太阳能电池的低成本方法以及可由此生产的太阳能电池。

根据独立权利要求的本发明可以满足该需求。在从属权利要求中限定了本发明的优选实施方式。

根据本发明的第一方面，提出一种特别是可印刷的浆形式的、适合于通过蚀刻钝化层来开口并且与紧邻钝化层的硅衬底进行导电接触的可印刷的介质。其中，该钝化层包括一种或多种电介质和/或非晶硅。该可印刷的介质包含用于化学蚀刻该钝化层的介质和金属颗粒，特别是镍颗粒和/或钛颗粒。该可印刷的介质基本不包含玻璃粉。

换句话说，本发明的第一方面涉及一种可印刷的介质，该可印刷的介质由于其粘性而可使用各种印刷方法施加到衬底。适当的印刷方法在此包括例如丝网印刷、喷墨印刷、印台印刷、辊筒印刷、激光转印印刷等。使用本文提出的可印刷的介质，除了基于印刷的沉积方法的已知优点以外，还可以实现其他优点。

与其他金属化技术相比，诸如特别是丝网印刷的印刷工艺尤其由于工艺管理简单和低成本的可能性而在太阳能电池的工业制造中形成金属触点时是优选的。例如，使用利用相对简单的机械装置的丝网印刷工艺，可以在衬底上印刷结构宽度小于100μm的结构。利用所使用的印刷掩模的类型和该掩模覆盖的区域，可以非常自由地确定结构的清晰度。

另外，使用本文提出的可印刷的介质还可以至少部分克服太阳能电池的传统印刷金属化工艺中已知的缺点。

例如，对于太阳能电池的前接触指的形成，以前使用包含银颗粒和玻璃粉的可印刷的浆。处于烧结状态的银颗粒将使通过丝网印刷施加的结构具有导电性。玻璃粉用于“蚀穿”位于硅衬底和印刷浆之间的电介质层，以使硅衬底表面和银颗粒之间能够机械和电接触。

除了由于使用昂贵的银颗粒而造成的上述成本问题以外，当使用这种传统可印刷的浆时，还发现通常需要在超过700至800℃的非常高的温度穿过电介质层将该浆烧制到硅衬底中，以能够产生与硅衬底的令人满意的电接触。除了为此提供的能量供应以外，还发现在非常高的温度烧制该可印刷的浆会不利地影响电介质层钝化性能的缺点。

还发现该可印刷的浆的银颗粒和衬底的硅之间的接触电阻可能相对较高并且构成金属触点的总串联电阻的很大部分。

通过使用本文提出的其他金属颗粒，例如特别是镍颗粒，代替银颗粒，可以显著降低可利用可印刷的浆生产的太阳能电池的金属触点结构的成本。然而，还发现为了实现令人满意的触点结构的形成结果，只用例如镍颗粒替换传统可印刷的浆中的银颗粒是不够的。一般来说，利用这种略微改造的可印刷的浆只能生产出具有其他缺点的，例如大的串联电阻的触点结构。

然而，令人惊奇地发现，通过添加用于化学蚀刻钝化层的介质，可以相当大地改善所产生的触点结构的串联电阻。蚀刻钝化层的介质可以是适于钝化层的材料的化学物质，其可以化学腐蚀并溶解钝化层。结果可以实现在钝化层溶解之后，也包含在可印刷的浆中的镍颗粒可以与钝化层下面的硅衬底表面直接机械接触。特别地，例如在350和550℃之间的较高温度，可以在接触点形成硅化镍。已经发现，特别是在硅衬底和触点结构的镍颗粒之间硅化镍层的形成似乎导致镍颗粒和硅衬底之间非常低的接触电阻。该接触电阻可能比硅和银之间的接触电阻低10倍。