光伏导电部件及其形成方法技术

描述了光伏导电部件和形成光伏导电部件的方法。所述方法包括（ａ）将组合物沉积在基底的至少一部分上，其中所述组合物包含具有约１０纳米～小于５００纳米的初级粒径并且包括连续或者非连续的陶瓷材料覆层的含有金属的颗粒；和（ｂ）加热所述组合物使得所述前体组合物形成光伏导电部件的至少一部分。所述含有金属的颗粒优选通过火焰喷射制造。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及含有金属的纳米颗粒、其合成以及其在形成光伏导电部件(feature)例如在太阳能电池中使用的那些中的用途。
技术介绍
太阳能电池效率的改进可对太阳能电池技术的广泛市场采纳具有显著 影响。例如可能的是，由太阳能电池的前栅极的改进性能所获得的0.2%的 电池效率改进可导致2010年太阳能电池制造市场多达S250M的成本节约。限制太阳能电池效率的主要贡献者为前栅极中的接触电阻和线路电 阻。在图1中示例性地图示了典型太阳能电池的一部分。形成用于太阳能 电池的前栅极的典型方法是丝网印刷。在形成前栅极的已知丝网印刷方法 下，在将丝网印刷糊涂布到太阳能电池的钝化层上后，由于太阳能电池的 处理条件产生高的接触电阻。钝化层通常包括氮化硅。典型的丝网印刷糊 包含超过5重量％的微米尺寸的铅玻璃颗粒和约75重量％的微米尺寸的银 颗粒。在高的处理温度(例如，>800匸)下，玻璃颗粒在发射体/电极界面处 蚀刻氮化硅层。氮化硅层的蚀刻对于实现电极和发射体表面(例如，n型半 导体的表面)之间的令人满意的接触是必要的。然而，在这样的高温下，太 阳能电池的硅发射体层中银的扩散速率高，并且可不期望地导致n型半导 体层的完全蚀刻。n型半导体层的完全蚀刻是不希望的，因为银可引起电池 的^流(shunting)。此外，当丝网印刷用于形成前栅极时，由于存在于体电极(bulk electrode) 层中铅玻璃的量产生高的线路电阻。由于铅玻璃颗粒相对大(在微米尺寸范成致密体。体电极层中未烧结的玻璃颗粒的存在导致该层中高的孔隙率。 体电极层中的孔隙率又导致该体电极层中高的线路电阻。尽管丝网印刷是用于印刷前栅极的廉价且快速的方法，但是其也不容 许印刷比~ 100微米窄的栅格线。此外，因为电池必须机械处理的现实，丝 网印刷方法可导致太阳能电池破裂。因此，需要用于印刷前栅极的方法，其提供100微米宽或者更小的栅格线同时使电池破裂最小化。例如，将栅格线电极宽度从100微米降低至50微米将在标准的太阳能电池上产生额外 的2%的有源区。此外，需要用于印刷前栅极的方法，其使接触和线路电阻最小化。
技术实现思路
已令人惊讶地发现，满足前述需要的有效方法是由包含本专利技术的纳米 尺寸的金属颗粒的油墨形成光伏电池导电部件，所述金属颗粒具有聚合物 材料或者陶瓷材料如金属氧化物的表面覆层。优选地，表面覆层能蚀刻钝 化层如氮化硅层，使得邻近颗粒的金属相可烧结在一起形成与发射体层(例如，n型半导体层)直接电接触的连续电极结构。具有表面覆层的纳米尺寸 的金属颗粒具有比它们的微米尺寸的对应物(counterpart)高的反应性，导致 电池的较低处理温度。较低处理温度可使银向太阳能电池的硅发射体层中 的扩散最小化，从而使电池的分流最小化。而且，具有表面覆层的纳米尺 寸的金属颗粒具有较低的烧结温度并且具有改变用于银溶解/再沉淀的相空 间以能够将银更好地供给发射体界面的潜力。此外，具有表面覆层的纳米 尺寸的金属颗粒与微米尺寸的颗粒相比具有较高的反应性和较低的烧结温 度(高的颗粒间扩散速率)，从而使得能够产生较致密的电极层以及在发射体 界面处的更多空气接触的机会。最后，由于其尺寸，具有表面覆层的纳米 尺寸的金属颗粒较好地匹配钝化层的表面粗糙度并且应当能够增加与表面 的空气物理接触并且因此改善蚀刻。含金属的纳米颗粒为含有金属或者金属合金并且具有1纳米 小于 1000纳米的平均粒径的颗粒。这种颗粒具有各种潜在用途，例如在用于电 子器件的导电体的生产中，其中例如4艮纳米颗粒可例如通过喷墨印刷涂布 在基底上，然后在显著低于块状银熔点的温度下烧结以产生期望的导体。在第一方面中，本专利技术涉及形成光伏导电部件的方法，包括(a)将组合物沉积在基底的至少一部分上，其中所述组合物包含具有约 10纳米~小于500纳米的初级粒径并且含有连续或者非连续的陶f:材料覆 层的含有金属的颗粒；和(b)加热所述组合物使得所述组合物形成光伏导电 部件的至少一部分。本文中所使用的粒径指重均粒径。在根据本专利技术第一方面的一些实施方式中，所述含有金属的颗粒具有约10纳米~约500纳米例如约10纳米~约300纳米、约10纳米~约200 纳米、约10纳米~约100纳米、约10纳米~约80纳米、约20纳米~约 60纳米例如约30纳米~约50纳米的初级粒径。通常，所述含有金属的颗 粒具有使得至少80重量％、优选至少90重量％的颗粒具有小于500纳米 尺寸的粒径分布。在一些实施方式中，所述含有金属的颗粒具有使得至少 90重量％的颗粒具有小于2pm,例如小于l(am尺寸的粒径分布。此外，所 述含有金属的颗粒任选地含有少量微米尺寸的颗粒。例如，所述颗粒可具 有使得至少1重量％例如至少5重量％的颗粒具有大于liim尺寸的粒径分 布。在根据本专利技术第一方面的一些实施方式中，各颗粒的金属与陶瓷材料 的体积比为至少9:1，例如为至少19:1,例如为至少98:1。在一些实施方式 中，各颗粒的金属与陶瓷材料的重量比为至少8:2。在进一步的方面中，包含含有金属的颗粒的组合物包括在陶瓷材料基 体中多个含有金属的颗粒的聚集体。在一些实施方式中，所述聚集体具有 小于500纳米的粒径。任选地，各聚集体包含具有小于100纳米粒径的含 有金属的颗粒。在根据本专利技术第一方面的一些实施方式中，所述聚集体具有小于300 纳米例如小于200纳米、例如小于100纳米、在一些情况下小于50纳米的 粒径。在一些实施方式中 ，所述聚集体具有75纳米~ 500纳米例如75纳米~ 300纳米、75纳米 约200纳米、或者100纳米~ 500纳米的粒径。通常， 所述聚集体包含每个聚集体平均少于20个、例如平均少于10个、例如平 均少于5个的所述含有金属的颗粒。在根据本专利技术第一方面的一些实施方式中，所述金属选自银、铜、金、 钯、柏、镍、钴、锌、钼、鴒、以及它们的合金。在一些实施方式中，所 述金属选自钌、钛、以及它们的合金。在一些实施方式中，所述陶资材料 包括多种金属氧化物的混合物，所述金属氧化物例如为选自硅、锌、锆、 铝、钛、钌、锡和铈的至少一种元素的氧化物。在其它实施方式中，所述 陶瓷材料包括选自硅、锌、锆、铝、钛、钌、锡和铈的至少一种元素的两 种或者更多种氧化物。在另一些实施方式中，所述陶瓷材料包括选自铅、 锶、钠、4丐、铋、、和硼的至少一种元素的氧化物。在其它实施方式中，所述陶瓷材料包括选自铅、锶、钠、钙、铋、和硼的至少一种元素的两种或 者更多种氧化物。优选地，所述金属为银并且所述陶瓷材料为二氧化硅。在根据本专利技术第一方面的一些实施方式中，所述含有金属的颗粒用一 种或者多种官能团官能化。在一些实施方式中，所述官能团包括硅烷，例 如包括六曱基二硅氮烷的硅烷。在其它实施方式中，所述官能团包括硅氧烷，例如环氧乙烷官能的硅氧烷如Gelest2-曱氧基(聚亚乙氧基)丙基三曱氧基硅烷。在根据本专利技术第一方面的一些实施方式中，所述沉积选自平版印刷、 凹版印刷、柔性版印刷(flexo printing)、光图案化印刷、按需喷墨印刷、注 射器印刷(syringe printing)和气溶胶喷射。在一些实施方式中，所述沉积包 括丝网印刷。在其它实施方式中，所述沉积包括直接写入印刷。在另一些 实本文档来自技高网...

【技术保护点】
形成光伏导电部件的方法，包括：　（ａ）将组合物沉积在基底的至少一部分上，其中所述组合物包含含有金属的颗粒，该含有金属的颗粒具有约１０纳米～小于５００纳米的初级粒径并且含有连续或者非连续的陶瓷材料覆层；和　（ｂ）加热所述组合物使得 所述组合物形成光伏导电部件的至少一部分。

【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：托伊沃T柯达斯，米奥德拉格奥尔杰卡，马克J汉普登史密斯，乔治P福图，金亨洛，马克H科瓦尔斯基，
申请(专利权)人：卡伯特公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]