[发明专利]具有粘附增强剂的导电浆料

说明书

相关申请

本申请要求2012年6月12日提交的美国临时申请系列号61/658,699的优先权，其公开内容以引用的方式整体并入本文中。

技术领域

本发明涉及太阳电池板技术中所用、尤其用于形成背侧焊接衬垫的导电浆料组合物。具体地说，一方面，本发明为一种导电浆料组合物，其包含导电粒子、玻璃粉、有机媒剂和包含金属或金属氧化物或在烧制温度下转化为金属或金属氧化物的任何其它金属化合物的粘附增强剂。粘附增强剂包含至少一种选自以下的元素或其氧化物：碲、钨、钼、钒、镍、锑、镁、锆、银、钴、铈和锌。粘附增强剂优选为碲或氧化碲。另外，本发明的另一方面为通过将导电浆料涂覆于硅晶片的背侧形成焊接衬垫而制造的太阳电池。本发明的另一方面为包含电互连太阳电池的太阳电池板。最后，本发明的另一方面为一种制造太阳电池的方法。

发明背景

太阳电池为使用光伏效应将光能转化为电的装置。太阳能为一种具有吸引力的绿色能源，因为其是可持续的并且仅产生非污染性副产物。因此，诸多研究当前致力于开发效率提高同时不断降低材料和制造成本的太阳电池。

当光碰撞太阳电池时，一部分入射光被表面反射，而其余部分透射至太阳电池中。透射光的光子被太阳电池吸收，该太阳电池通常由半导体材料(诸如硅)制成。来自所吸收光子的能量从半导体材料的原子激发其电子，从而产生电子空穴对。接着这些电子空穴对被p-n结分隔并被涂覆在太阳电池表面上的导电电极收集。

最常见的太阳电池为由硅制成的太阳电池。具体地说，p-n结由硅通过将n型扩散层涂覆在与两个电接触层或电极耦接的p型硅基板上而制成。在p型半导体中，向半导体添加掺杂原子以增加自由带电载体(空穴)的数目。基本上，掺杂材料从半导体原子带走弱结合的外层电子。p型半导体的一个实例为具有硼或铝掺杂剂的硅。太阳电池还可以由n型半导体制成。在n型半导体中，掺杂原子向主体基板提供额外电子，从而产生过量负电子电荷载体。n型半导体的一个实例为具有含磷掺杂剂的硅。为了使太阳电池对日光的反射达最小，将抗反射涂层(诸如氮化硅)涂覆于n型扩散层而增加耦合于太阳电池中的光的量。

太阳电池通常具有涂覆于其前表面与后表面的导电浆料。前侧浆料使得可形成传导由上述电子交换产生的电的电极，而背侧浆料用作焊接点而用于借助于涂布焊料的导电线串联连接太阳电池。为形成太阳电池，首先将后部接触涂覆于太阳电池的背侧而形成焊接衬垫，诸如通过丝网印刷银浆料或银/铝浆料。接着，将铝背侧浆料涂覆于太阳电池的整个背侧，略微覆盖焊接衬垫的边缘，接着将电池干燥。图1示出了硅太阳电池100，其具有横越电池长度的焊接衬垫110，其中铝背侧120印刷在整个表面上。最后，可使用不同类型导电浆料将金属接触丝网印刷在前侧抗反射层上作为前电极。此在电池表面或前方的电接触层在光进入时通常以指状线和汇流条所构成的网格模式而非整个层形式存在，因为金属网格材料通常不透光。接着，在约700-975℃的温度下烧制印刷有前侧和背侧浆料的硅基板。烧制后，前侧浆料蚀刻穿过抗反射层，在金属网格与半导体之间形成电接触，并将金属浆料转化为金属电极。在背侧，铝扩散至硅基板中从而充当掺杂剂，其产生背表面场(BSF)。此场有助于改良太阳电池的效率。

所得金属电极使得电可往返于太阳电池板中所连接的太阳电池流动。为了组装电池板，将多个太阳电池串联和/或并联连接，并且第一个电池和最后一个电池的电极末端优选连接于输出接线。太阳电池通常封装在透明热塑料树脂(诸如硅橡胶或乙烯乙酸乙烯酯)中。将透明玻璃片置放在封装用透明热塑料树脂的前表面上。将背部保护材料(例如具有优良机械特性和优良耐候性的涂有聚氟乙烯膜的聚对苯二甲酸乙二醇酯片)置放在封装用热塑料树脂下方。可以在适当真空炉中加热这些分层材料来移除空气，接着通过加热和压制整合成一体。此外，因为太阳电池模块通常长时间放置在露天，所以需要用由铝等组成的框架材料覆盖太阳电池的周围。

用于背侧用途的典型导电浆料含有金属粒子、玻璃粉和有机媒剂。这些组分必须谨慎选择以充分利用所得太阳电池的理论潜力。借助于背侧银或银/铝浆料形成的焊接衬垫尤其重要，因为焊接于铝背侧层几乎不可能。焊接衬垫可以以沿硅基板的长度延伸的条带或沿硅酮基板的长度排列的不连续区段形式形成。焊接衬垫必须充分粘附于硅基板，并必须能够经受住焊接接合线的机械操作，同时对太阳电池的效率无不利影响。