[发明专利]一种晶硅太阳能电池副栅电极银浆用复合体系玻璃粉

说明书

本发明公开了一种由亚碲酸盐、硼酸盐和硅酸盐组合构成的，用于晶体硅太阳电池副栅电极银浆的复合体系玻璃粉。在副栅电极银浆烧结的升温过程中，亚碲酸盐最先熔化并铺展硅表面，从而阻断硅银间发生烧结反应；接着，硼酸盐熔化和蚀穿硅表面的减反射层，打开银硅电导接触窗口；最后，硅酸盐熔化，抑制玻璃熔体对硅表面的侵蚀并产生钝化作用。在烧结后的冷却过程中，被亚碲酸盐溶解和带到界面处的银析出，形成大量的银胶体颗粒。由此，本发明提供的复合体系玻璃粉具有增加银硅有效接触、减小接触电阻和钝化硅表面等作用特点，能够显著提升副栅电极银浆的应用性能。

技术领域

本发明属于无机粉体功能材料领域，具体涉及晶硅太阳能电池银浆的关键组成之一，玻璃粉材料。本发明提供的复合体系玻璃粉用于与晶硅太阳能电池表面形成欧姆接触和导出光电流的副栅电极银浆，具有增加银硅有效接触、减小接触电阻和钝化硅表面等作用特点。

背景技术

晶硅太阳能电池是一种被广泛应用的新能源器件产品。丝网印刷银浆金属化是制造晶硅太阳能电池表面电极的关键制程，其通常使用到三种类型的银浆，包括电池正面主栅电极银浆和副栅电极银浆、以及背面电极银浆（例外，TOPCon电池背面使用主栅电极银浆和副栅电极银浆）。其中，副栅电极银浆承担着与电池硅表面形成欧姆接触和导出光电流的任务。晶硅太阳能电池表面沉积着一层厚度约为80纳米的减反射层。在理想的金属化烧结中，副栅电极银浆需要完全蚀穿减反射层才能与硅表面形成电导接触，但不希望对硅表面造成侵蚀，因为重掺杂区域仅分布在硅表面几十纳米厚度内。因此，副栅电极银浆的技术关键在于如何在纳米尺度的银硅接触界面上做到对银浆烧结反应的精确控制。

晶硅太阳能电池银浆的组成主要包括导电相银粉、无机相玻璃粉和有机相载体。其中，玻璃粉的含量仅占银浆总质量的0.5%~5%，但却对银硅欧姆接触的形成产生决定性作用。这是由于，银硅之间没有烧结粘结性，银硅直接接触产生肖特基势垒，并且银自身无法熔蚀减反射膜。在副栅电极银浆的烧结过程中，其所含玻璃粉发生以下反应：首先，玻璃粉熔融，流向硅表面；接着，玻璃熔体熔蚀减反射层；最后，玻璃与硅表面直接接触，在银硅之间形成一层厚度为几十至上百纳米的玻璃相介质层。正是通过玻璃相介质层的电子隧穿实现了银硅之间的欧姆电导。因此，玻璃粉不仅是银与硅连接的粘结剂，而且是形成银硅欧姆接触的关键因素。研究者发现，在玻璃相介质层中的银胶体颗粒与电子隧穿有着密切关系。

伴随高效晶硅太阳能电池的发展，银浆金属化制程对玻璃粉的性能提出越来越高的要求。首先，玻璃粉要具有非常好的浸润性，能够在硅表面铺展，以此增加银硅有效接触。其二，玻璃粉要具有良好的溶蚀减反射层的能力，但不可以侵蚀硅，最好对硅表面有钝化作用，以此减少复合、提高电池的开路电压。其三，银硅接触界面的玻璃相中需要分布着大量的银胶体颗粒，以此减小接触电阻、提高隧穿电流。

发明内容

针对目前商业化副栅电极银浆所用玻璃粉的组成体系单一，很难在多项任务要求方面都同时发挥优越的性能表现，本发明提出了一种由亚碲酸盐、硼酸盐和硅酸盐组合构成的复合体系玻璃粉。其中，亚碲酸盐的表面张力小、润湿性好、在高温下溶银能力强，既可以促进银粉烧结，又可以在硅表面充分铺展，并且在冷却过程中析出大量的银胶体颗粒；硼酸盐能容纳大量的氧化铅等活性成分，具有较强且易于调控的熔蚀减反射层的能力；硅酸盐由于含有大量的氧化硅等惰性成分，可以有效地抑制玻璃对硅表面的侵蚀并起到钝化作用。

根据副栅电极银浆金属化烧结的实际情况，本发明所述的亚碲酸盐、硼酸盐和硅酸盐被调控在不同温度阶段分别发挥以下特定功效。

（1）所述亚碲酸盐在400~500^oC时开熔化和流向界面，在硅表面铺展，阻断银硅间发生烧结反应；在此过程中，有部分银溶解进入亚碲酸盐并被带到界面。

（2）所述硼酸盐在500~600^oC时开始熔化和流向界面，其所含的氧化铅等活性基团与减反射层物质发生溶蚀反应，打开银硅电导接触窗口。