用于硅太阳能电池的导体浆料和栅极制造技术

本发明专利技术描述了用于太阳能电池中的栅极的导体浆料，所述导体浆料包含导电组分、玻璃料和树脂粘合剂，其中导电组分选自（ｉ）银颗粒和选自钯、铱、铂、钌、钛和钴的金属颗粒，（ｉｉ）包含银和选自钯、铱、铂、钌、钛和钴的金属的合金颗粒，以及（ｉｉｉ）银颗粒和芯－壳颗粒，其中在所述芯－壳颗粒中，选自钯、铱、铂、钌、钛和钴的金属被涂覆在银或铜的表面上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于太阳能电池的导体浆料，更具体地讲涉及用于形成硅太阳能电池 中的栅极的导电浆料。
技术介绍
由于用于太阳能电池的电极浆料需要具有低电阻以有利于提高效率，因此银浆被 广泛用于硅太阳能电池中使用的电极浆料。在两面都形成电极的硅太阳能电池的情况下，受光面浆料通常包含银、粘合 剂、玻璃料和溶剂形式的导电颗粒作为基本组分(参见例如未审查的日本专利申请 2006-295197)。银通常用作太阳能电池中栅极的金属粉末。在未审查的日本专利申请 2006-295197中，导电颗粒的实例包括选自铜、金、银、钯、钼和铜、金、银、钯与钼的合金以及 它们的混合物的金属颗粒。制备太阳能电池电极的一般方法为a)将太阳能电池浆料印刷在基板的某些位 置上，以及b)在焙烧炉中焙烧太阳能电池浆料。当使用丝网印刷工艺时，通常在750至 800°C的峰值温度下用带式红外炉焙烧基板为晶体硅的太阳能电池电极。为了提高太阳能电池的生产效率，期望在大型焙烧炉中同时焙烧若干个太阳能电 池。然而，焙烧炉中会发生一定程度的温度变化，这对太阳能电池的转换效率具有不利影 响。当电极浆料用于陶瓷基板时，焙烧温度的变化程度仅对线路电阻有轻微影响。然而，在 太阳能电池中，该变化是与转换效率直接相关的要素，它是涉及太阳能电池质量的关键因 素，即使微小的减少也是受欢迎的。当使用目前可得的电极浆料时，焙烧条件存在约30°C的变化。就转换效率而言，这 被认为是合适的。超出该温度范围，转换效率会陡然下降。太阳能电池的转换效率取决于 焙烧温度范围的一个原因是，在特定温度范围内电极与太阳能电池基板之间可产生良好的 电连接，但在合适的焙烧温度范围之外进行焙烧时不会获得这种良好的连接。使用大型焙 烧炉时，需要较窄的温度范围，这导致较低的产量。对于大型焙烧装置和使用小型焙烧炉的 情况而言，都期望采用较宽范围的合适焙烧温度。专利技术概述本专利技术扩大了晶硅太阳能电池中的栅极的焙烧温度范围。在本专利技术中，除了使用 银，还添加了作为金属导体的特定金属。这些特定金属可以金属颗粒、合金颗粒或电镀涂层 等形式使用。在本专利技术中，加入特定金属可以扩大焙烧温度范围，在该温度范围内可获得电极 与太阳能电池基板之间的良好电连接。因此与过去相比，能够在更宽的焙烧温度范围内获 得具有高转换效率的太阳能电池。具体地讲，本专利技术是用于太阳能电池中的栅极的导体浆料，其包含导电组分、玻璃 料和树脂粘合剂，其中导电组分选自⑴银颗粒和选自钯、铱、钼、钌、钛和钴的金属颗粒， (ii)包含银和选自钯、铱、钼、钌、钛和钴的金属的合金颗粒，以及(iii)银颗粒和芯-壳颗 粒，在所述芯-壳颗粒中，将选自钯、铱、钼、钌、钛和钴的金属涂覆在银或铜的表面上。3本专利技术还涉及使用上述浆料制备太阳能电池电极的方法，以及用该浆料制成的太 阳能电池电极。本专利技术的浆料可以在较宽的温度范围内使用，适于在大型焙烧炉中进行大批量生产。附图简述附图说明图1示出了本专利技术太阳能电池元件的横截面结构；图2示出了与本专利技术有关的电极层构型的实例，其中图2 (a)为受光面(表面)，图 2(b)为非受光面(背面)；以及图3示意性地示出了实例中制备的背面上为铝电极7、表面上为栅极8的构型。专利技术详述本专利技术为用于太阳能电池中的栅极的导体浆料，其包含如下文所述的㈧导电组 分，⑶玻璃料，和(C)树脂粘合剂。⑷导电组分在本专利技术中，以下物质可以用作导电组分(i)银颗粒与特定金属颗粒的混合物， (ii)银和特定金属的合金颗粒，或(iii)表面涂覆有银和特定金属的金属颗粒。确定使用哪种形式要考虑到导电性、可用性、稳定性、成本等。银是金属中具有较 低电阻的金属，出于低导体电阻方面的考虑，添加的金属粉末的绝对量应优选地较少。在浆 料中添加合金粉末或涂层粉末有望实现较低的电阻和较好的电接触。组合使用银颗粒和特定金属颗粒的实施方案如下文所述。将银(Ag)颗粒用作导电金属。银颗粒可以是薄片、球形，也可以是无定形的。尽 管对银颗粒的粒径没有具体限制，但从用作普通导电浆料时的技术效应的角度来看，粒径 对银的焙烧特性具有影响(例如，具有大粒径的银颗粒的焙烧速率低于具有小粒径的银颗 粒)。因此，尽管粒径(d50)优选在0.1至10. Ομπι的范围内，但实际使用的银颗粒的粒径 是根据焙烧特征图来确定的。此外，银颗粒必须具有适合于施加导电浆料的方法(例如，丝 网印刷)的粒径。在本专利技术中，可以使用具有不同粒径的两种或更多种类型的银颗粒的混 合物。银优选具有高纯度(大于99%)。然而，取决于电极图案的电需求，可使用较低纯 度的物质。尽管对银的含量没有具体限制，只要银含量可达到本专利技术目的即可，但在使用银 颗粒的情况下，银含量按浆料的重量计优选为40至90重量％。添加的其他金属选自钯(Pd)、铱(Ir)、钼(Pt)、钌(Ru)、钛(Ti)和钴(Co)。可以 组合使用这些金属中的两种或更多种。就太阳能电池所需的高效率而言，优选使用钯。添加上述特定金属颗粒将扩大焙烧温度范围。也就是说，尽管焙烧炉中有一定的 温度变化，但仍可以得到具有高转换效率的太阳能电池。尽管由于对焙烧炉的不完全控制 而使得与目标焙烧温度存在偏差，但也可以得到具有高转换效率的太阳能电池。考虑到太 阳能电池大批量生产的稳定进行，诸如上述效应等效应被认为在实际制造过程中是非常显 著的。当添加金属(如钯)时，添加的金属和基板中存在的硅预期会发生反应，在电极与 硅基板之间的界面中形成称为硅化物的合金层。该合金层可能对降低接触电阻有效。此外，在导致最大转化的焙烧温度处，铝(背面上的电极材料)和硅(基板材料) 的合金化往往会在太阳能电池背面上形成小珠形式的突出物。在不太可能形成小珠形式的 突出物的较低的温度下焙烧材料通常是必要的以便控制此类小珠的形成。在本专利技术中也可 以解决该问题。特定金属的含量按浆料的重量计优选在0. 01至10重量％范围内以及其中包含的 任何范围内，更优选为0. 05至5重量％。如果特定金属的量过少，本专利技术的优点会变小。此 外，如果特定金属的量过多，导体电阻会增大，焙烧能力降低，并且成本升高。然而，如果要 添加的特定金属是廉价的并且导线电阻足够低，则可以添加较多的量。特定金属颗粒的平均粒径(PSD D50)优选为0. 1至20 μ m。可以如下文所述将银与特定金属颗粒熔成合金。特定金属选自钯(Pd)、铱(Ir)、钼(Pt)、钌(Ru)、钛(Ti)和钴(Co)。可以组合使 用两种或更多种金属。就得到的太阳能电池的高效率而言，优选使用钯。对于合金的合金比例并无具体限制。合金中不同金属的量由许多因素决定。例如， 银和钯无论以什么比例混合均容易熔合成合金。由于钯比银更贵，考虑到成本，优选使用较 低含量的钯。可以使用钯的重量百分比优选介于1和30%之间，更优选介于5和20%之间 的银钯合金。本专利技术的合金可用本领域已知的方法制备。也可使用可商购获得的合金。期望合金的含量按浆料的总重量计为0. 01至20重量％，优选为0. 05至10重 量％。如果特定金属的量过少，本专利技术的优点会变小。此外，如果特定金属的量过多，导体 电阻会增大，焙烧能力降低，并且成本升高。合金的平均粒径(PSD D50)优选为0. 1至20 μ m。X射线衍射能够确定导电本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于太阳能电池中的栅极的导体浆料，所述导体浆料包含导电组分、玻璃料和树脂粘合剂，其中所述导电组分选自：（ｉ）银颗粒和选自钯、铱、铂、钌、钛和钴的金属颗粒；（ｉｉ）包含银和选自钯、铱、铂、钌、钛和钴的金属的合金颗粒；以及（ｉｉｉ）银颗粒和芯－壳颗粒，在所述芯－壳颗粒中，选自钯、铱、铂、钌、钛和钴的金属被涂覆在银或铜的表面上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：秋元英树，
申请(专利权)人：EI内穆尔杜邦公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]