[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。在p-n 结处存在电势差，这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，电极通 过使用诸如丝网印刷之类的方法由金属浆料制备。

硅太阳能电池的生产通常从硅片形式的p型硅基板开始，然后通过磷 (P)等的热扩散在基板上形成反向导电性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。在没有任何具体修改的 情况下，扩散层在硅基板的整个表面上形成。在形成p-n结的部位，p型 掺杂剂的浓度等于n型掺杂剂的浓度；具有靠近光照面的p-n结的常规电 池具有介于0.05和0.5μm之间的结深。

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。

然后通过诸如等离子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与0.1μm之间的TiO_x、SiO_x、TiO_x/SiO_x，或具体地讲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 面上的负栅电极和位于背面上的正极。通常通过在电池正面的ARC层上 丝网印刷并干燥正面银浆(形成正面电极的银浆)来施加栅电极。通常以 所谓的H图案对正面栅电极进行丝网印刷，所述H图案包括(i)细平行指状 线(收集器线)和(ii)以直角与指状线相交的两条母线。此外，将背面银浆 或银/铝浆和铝浆丝网印刷(或某种其他施用方法)在基板的背面上，并且 依次进行干燥。通常首先将背面银浆或银/铝浆丝网印刷到硅片的背面上， 形成两条平行母线或形成矩形(极耳)，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中，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浆或银/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。正面栅电极和背面电极可以按顺序焙烧或同时焙烧。

通常将铝浆丝网印刷在硅片的背面上并干燥。将硅片在高于铝熔点的 温度下焙烧以形成铝硅熔体，随后在冷却阶段期间形成掺入有铝的外延生 长的硅层。该层通常称为背表面场(BSF)层。铝浆通过焙烧从干燥状态转化 为铝背面电极。同时，将背面银浆或银/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，部分归因于形成p+层的需 要。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，作为正面栅电极印刷的正面银浆烧结并渗透穿过ARC 层，从而能够与n型层电连接。这种过程通常称为“烧透”。

WO 92/22928公开了一种方法，其中正面栅电极通过两步印刷；指状 线的印刷和母线的印刷是分开进行的。然而，指状线由能够烧透ARC涂 层的银浆印刷而成，用于印刷母线的银浆却不尽相同。用于印刷母线的银 浆不具有烧透能力。焙烧后获得由烧透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)组成的栅电极。仅有指状线被烧透的栅 电极的优点是其减少了空穴和电子在金属/半导体界面处的重组。重组的减 少导致开路电压增大，从而提高具有此类正面栅电极的硅太阳能电池的电 产量。

希望提供具有较弱烧透能力或甚至没有烧透能力的厚膜导电组合物， 该组合物能够生成不与硅基板接触或只有极少接触的母线，所述母线具有 改善的耐焊性以及与硅太阳能电池正面上的ARC层的良好粘附性。良好 的粘附性意味着硅太阳能电池具有较长的耐久性或使用寿命。