[发明专利]导电油墨

说明书

技术领域

本发明的实施方式涉及基本上不含玻璃料的导电油墨，以及具有由基本上不含玻璃料的导电油墨形成的导电网格线的光电池。

背景技术

导电油墨或膏用于在诸如硅的基片表面上形成金属接点，如银网格线和汇流条。这种基片可用于太阳能电池或者光电池中，当来自日光的光子将半导体中的电子从价带激发至导带时，所述电池能将太阳能转化成电能。流入导带的电子被金属接点收集。目前工业中的晶体硅太阳能电池典型地涂覆有防反射涂层，以提高其光吸收性，从而提高电池效率。但是，防反射涂层也通过阻止电子从基片转移至金属接点而起绝缘体的作用。所述防反射涂层通常含有氮化硅、二氧化钛或二氧化硅。

导电油墨典型地含有玻璃料、金属粒子或导电物质，以及有机介质。所述金属粒子，通常为银粒子，在形成金属接点之后，能提供导电性，并起到集电器的作用。为了形成金属接点，将导电油墨印刷到基片上。然后，将基片在约650℃～约950℃的温度范围内焙烧。在大多数情况下，需要采用烧结助剂，这是因为所用的焙烧温度要低于银和硅的低共熔点，以及银的熔点。此外，所述导电油墨应当渗透过防反射涂层，从而形成与基片具有欧姆接触的金属接点。

常规导电膏中含有玻璃料，这有助于将金属粒子烧结到基片上，以及改善所形成的金属接点和基片之间的粘合性以及欧姆接触。取决于其配方，当在约300℃～600℃的温度下焙烧时，玻璃料能液化。当玻璃料液化时，其倾向于流向金属粒子或银粒子与位于基片上的防反射涂层之间的界面。熔融的玻璃将防反射涂层物质以及一些银和基片溶解。一旦温度降低，熔融的银以及熔化或溶解的基片由液相重结晶。其结果是，一些银晶体能渗透过防反射层，并与基片形成欧姆接触。该方法被称为“烧渗法(fire-through)”，其有利于形成低接触电阻，以及在银和基片之间获得更强的粘合。

如本文将要讨论的那样，据信玻璃料不是用于烧渗法的理想材料，因此存在提供替代材料的需要。在C.J.Sabo等人的标题为“Silver Thick Film Metallization for Photovoltaics Fired at 300℃”的论文(本文称之为“Sabo论文”)中，论述将金属有机物在不含玻璃料的导电油墨中的应用。Sabo论文具体讨论了在待丝网印刷至硅晶片上以形成网格线的导电膏或油墨中采用银金属有机组分，如新癸酸银。Sabo论文的摘要声称，将印刷的油墨施加到硅晶片或太阳能电池上，在65℃下干燥30分钟，并在300℃的最高温度下焙烧70分钟。

因此，一直需要提供其他玻璃料替代品以用于导电油墨中，其能有助于烧结、降低光电应用中的电阻率、还具有促进经由防反射涂层的粘合和欧姆接触的能力。

发明简述

根据本发明的一个方面，提供了导电油墨，所述油墨采用了在焙烧工艺过程中能提供与玻璃料相似的作用的蚀刻剂。具体地，本发明的一个或多个实施方式涉及一种导电油墨，其含有多种金属有机组分和导电物质，其中所述金属有机组分在焙烧或加热后形成固体金属氧化物相。在至少一个实施方式中，所述导电油墨基本上不含玻璃料。本申请通篇所用的术语“基本上不含玻璃料”是指含有少于约1wt％的玻璃料。此外，本申请通篇所用的术语“膏”和“油墨”可互换使用。

尽管本发明不应受限于理论，但是据信玻璃料不是用于烧渗法的理想材料，因为玻璃不是导电材料。特别地，玻璃往往会覆盖金属接点-基片界面处的银晶体。此外，玻璃会形成绝缘相，并干扰电子流动。采用喷墨印刷法施加含有玻璃料的导电油墨也可能会带来问题，因为玻璃料的粗颗粒会阻塞或堵塞零件。

根据本发明的一个或多个实施方式，所述导电油墨可基本上不含玻璃料，并且也不采用导电物质，而是采用多种前体，其中一种或多种所述前体在焙烧后形成固体金属氧化物相以及一种或多种导电金属元素。

在本发明的一个实施方式中，在不存在玻璃料的情况下，在施加到基片上之后，导电油墨适于粘合到所述基片的表面上。在另一个实施方式中，在焙烧后，所述导电油墨适于分解所述金属有机组分和任何其他有机介质，从而形成固体金属氧化物相，并使导电物质在基片上形成导电体。根据另一个实施方式，在焙烧或加热后，具有多种前体的导电油墨适于分解所述前体和任何有机介质，形成固体氧化物相，并使生成的一种或多种导电金属元素在基片上形成导电体。

当将一个或多个实施方式的导电油墨施加到位于基片上的防反射涂层上时，所述导电油墨能渗透防反射涂层，从而与基片形成欧姆接触。