铝浆及其在硅太阳能电池生产中的用途 发明领域 本发明涉及铝浆以及它们在硅太阳能电池生产中的用途， 即在硅太阳能电池的铝 背面电极的生产和相应的硅太阳能电池中的用途。
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 该半导体中产生空穴 - 电子对的外部能源。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。大多数太阳能电池 采用金属化的硅片的形式， 即具有导电的金属触点。
在硅太阳能电池的形成期间， 一般将铝浆丝网印刷在硅片的背面上并且将其干 燥。然后将硅片在高于铝熔点的温度下焙烧以形成铝硅熔体， 随后在冷却阶段形成掺入有 铝的外延生长的硅层。该层一般被称为背表面场 (BSF) 层， 并且有助于改善太阳能电池的 能量转换效率。
目前所用的太阳能发电电池大多为硅太阳能电池。在大规模的生产中， 工艺流程 一般要求实现最大程度的简化和尽量降低制造成本。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成。
下面结合图 1 来描述该制造方法的实例。图 1A 示出 p 型硅基板 10。
在图 1B 中， 反向导电型的 n 型扩散层 20 通过磷 (P) 等的热扩散而形成。三氯氧 化磷 (POCl3) 通常用作气体磷扩散源， 其他液体源为磷酸等。在无任何具体修改的情况下， 扩散层 20 在硅基板 10 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来将多余的表面玻璃 从表面的其余部分上除去。
接着， 以图 1D 所示的方式， 通过例如等离子体化学气相沉积 (CVD) 工艺， 将减反射 涂层 (ARC)30 形成在 n 型扩散层 20 上至 0.05 和 0.1μm 之间的厚度。
如图 1E 所示， 将用于正面电极的正面银浆 ( 形成正面电极的银浆 )500 丝网印刷 在减反射涂层 30 上， 然后将其干燥。此外， 还将背面银或银 / 铝浆 70 和铝浆 60 丝网印刷 ( 或某种其他施涂方法 ) 在基板的背面上， 并且依次进行干燥。 通常， 首先将背面银或银 / 铝 浆丝网印刷到硅上作为两个平行条 ( 母线 ) 或作为准备用于焊接互连条 ( 预焊接的铜带 ) 的矩形 ( 突出部 )， 然后将铝浆印刷在裸露的区域中， 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。正面电极和背面电极可按 顺序焙烧或共焙烧。
因此， 如图 1F 所示， 在焙烧期间， 源自浆料的熔融铝将硅溶解， 然后在冷却之后形 成从硅基板 10 外延生长的共晶层， 从而形成包含高浓度铝掺杂剂的 p+ 层 40。该层一般被
称为背表面场 (BSF) 层， 并且有助于改善太阳能电池的能量转换效率。一般在该外延层的 表面上存在薄的铝层。
铝浆通过焙烧从干燥状态 60 转化为铝背电极 61。同时， 将背面银或银 / 铝浆 70 焙烧成银或银 / 铝背面电极 71。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。 铝电极占背电极的大部分面积， 部分地归因于需要形成 p+ 层 40。 银或银 / 铝背面电极成形在背面部分 ( 通常为 2 至 6mm 宽的母线 )， 依靠预焊接的铜带等作 为互联太阳能电池的电极。 此外， 焙烧期间正面银浆 500 还烧结并透过减反射涂层 30， 从而 能够电接触 n 型层 20。此类工艺一般称为 “烧透” 。在图 1F 的层 501 中清楚地示出了该烧 透状态。
由硅片制成并具有铝背面电极的硅太阳能电池是硅 / 铝双金属条， 可以表现出所 谓的弯曲性能。弯曲是不可取的， 因为其可能导致太阳能电池的断裂。就加工硅片而言， 弯 曲也会产生问题。 在加工过程中， 通常采用使用吸垫的自动化处理设备将硅片举起。 在过度 弯曲的情况下， 设备无法稳定地运行。光伏行业中弯曲量要求通常为小于 1.5mm 的太阳能 电池挠曲。 对于由大和 / 或薄的硅片制成的硅太阳能电池而言， 例如硅片具有低于 180μm， 2 具体地讲为 120 至低于 180μm 的厚度、 大于 250 至 400cm 的面积时， 克服弯曲现象是一大 难题。 铝浆的另一个问题是尘化， 游离的铝粉或氧化铝粉会转移到其他金属表面上， 从 而降低所述表面上突出的金属带的可焊性和粘附性。 当对堆叠的太阳能电池进行焙烧工艺 时， 这尤其关系重大。
US-A-2007/0079868 公开了铝厚膜组合物， 所述铝厚膜组合物可用于形成硅太阳 能电池的铝背面电极。 除了包含铝粉、 作为载体的有机介质和作为任选组分的玻璃料以外， 铝厚膜组合物还包含作为主要组分的非晶二氧化硅。具体地讲， 非晶二氧化硅用来减小硅 太阳能电池的弯曲行为。
现已发现， 可以获得性能相似甚至更好的铝厚膜组合物， 例如 US-A-2007/0079868 中公开的包含用于替代或加入非晶二氧化硅的某种有机锡组分的铝厚膜组合物。
发明概述
本发明涉及用于形成硅太阳能电池的 p 型铝背面电极的铝浆 ( 铝厚膜组合物 )。 其还涉及形成铝浆和在硅太阳能电池的生产中使用铝浆的方法以及硅太阳能电池自身。
本发明涉及铝浆， 所述铝浆包含 ： 粒状铝、 有机锡组分、 有机载体和作为任选组分 的以下物质 ： 有机锌组分、 一种或多种玻璃料组合物和非晶二氧化硅。
本发明还涉及形成硅太阳能电池的方法和硅太阳能电池自身， 其利用具有 p 型区 和 n 型区以及 p-n 结的硅片， 所述方法包括将本发明的铝浆施涂到、 具体地讲丝网印刷到硅 片背面上， 并且焙烧印刷的表面， 从而使硅片达到 700 至 900℃范围内的峰值温度。
附图说明
图 1 为工艺流程图， 其示出了示例性硅太阳能电池的制造过程。
图 1 中所示的附图标号说明如下。
10 ： p 型硅片
20 ： n 型扩散层30 ： 减反射涂层， 例如 SiNx、 TiOx、 SiOx
40 ： p+ 层 ( 背表面场， BSF)
60 ： 在背面上形成的铝浆
61 ： 铝背面电极 ( 通过焙烧背面铝浆获得 )
70 ： 在背面上形成的银或银 / 铝浆
71 ： 银或银 / 铝背面电极 ( 通过焙烧背面银或银 / 铝浆获得 )
500 ： 在正面上形成的银浆
501 ： 银正面电极 ( 通过焙烧正面银浆获得 )
图 2A-D 说明了制造方法， 所述方法用于使用本发明的导电铝浆来制造硅太阳能 电池。图 2 中所示的附图标号说明如下。
102 硅基板 ( 硅片 )
104 受光表面一侧电极
106 用于第一电极的浆料组合物
108 用于第二电极的导电浆料
110 第一电极
112 第二电极
发明详述
上述的铝粉尘污染问题可用该新型铝厚膜组合物来最小化或甚至消除。 将所述新 型铝厚膜组合物用于生产硅太阳能电池的铝背面电极， 可以使硅太阳能电池不仅表现出较 低的弯曲行为和良好的电学性能， 而且降低甚至消除了铝背面电极和硅片基板之间粘附性 丧失的趋势。 铝背面电极和硅片基板之间良好的粘附性会延长硅太阳能电池的耐久性或使 用寿命。
本发明的铝浆包含粒状铝、 有机锡组分和有机载体 ( 有机介质 )。 在其他实施方案 中， 铝浆还包含一种或多种玻璃料、 有机锌组分或者一种或多种玻璃料和有机锌组分。
粒状铝可由铝或铝合金构成， 所述铝合金具有一种或多种其他金属， 例如锌、 锡、 银和镁。就铝合金而言， 铝含量为例如 99.7 至低于 100 重量％。粒状铝可包含各种形状的 铝颗粒， 例如铝薄片、 球形铝粉、 结节形 ( 不规则形 ) 铝粉或它们的任何组合。在一个实施 方案中， 粒状铝为铝粉形式。铝粉表现出例如 4 至 10μm 的通过激光散射确定的平均粒度 ( 平均粒径 )。粒状铝可以按总铝浆组合物计 50 至 80 重量％， 或者在一个实施方案中 70 至 75 重量％的比例存在于本发明的铝浆中。
在当前描述中所作全部陈述以及权利要求中涉及的平均粒度是指铝浆组合物中 存在的相关材料的平均粒度。
存在于铝浆中的粒状铝可伴随有其他粒状金属， 例如银或银合金粉。此类其他粒 状金属的比例为例如按粒状铝加上粒状金属的总量计 0 至 10 重量％。
本发明的铝浆包含有机锡组分 ； 在一个实施方案中， 有机锡组分可为液体有机锡 组分。本文中， 术语 “有机锡组分” 是指固体有机锡组分和液体有机锡组分。术语 “液体有 机锡组分” 是指一种或多种有机锡化合物溶于一种或多种有机溶剂所形成的溶液， 或者在 一个实施方案中是指一种或多种液体有机锡化合物自身。
在本发明的上下文中， 术语 “有机锡化合物” 是指分子中包含至少一个有机部分的此类锡化合物。 该有机锡化合物在例如大气氧和空气湿度存在下， 以及制备、 贮藏和应用本 发明的铝浆过程中的普通条件下是稳定或基本稳定的。在应用条件， 尤其在将铝浆丝网印 刷到硅片背面上期间极普遍的那些条件下， 同样如此。然而， 在烧结铝浆的过程中， 有机锡 化合物中的有机部分将会被除去或基本上被除去， 例如被烧尽和 / 或碳化。有机锡化合物 自身具有锡含量。在一个实施方案中， 锡含量在 25 至 35 重量％的范围内。有机锡化合物 可包含共价有机锡化合物， 具体地讲包含有机锡盐化合物。 具体地讲， 合适的有机锡盐化合 物的实例包括树脂酸锡 ( 酸性树脂的锡盐， 具体地讲是含有羧基的树脂 ) 以及羧酸锡 ( 锡 的羧酸盐 )。在一个实施方案中， 有机锡化合物可为辛酸亚锡， 或者更确切地讲为 2- 乙基 己酸锡 (II)， 其在室温下为液体。2- 乙基己酸锡 (II) 可例如从 Rohm and Haas 商购获得。 就液体有机锡化合物诸如 2- 乙基己酸锡 (II) 而言， 当制备本发明的铝浆时， 可使用未溶解 的液体有机锡化合物自身 ； 2- 乙基己酸锡 (II) 可以形成液体有机锡组分。
有机锡组分可以按总铝浆组合物计对应于 0.01 至 0.5 重量％的锡贡献率， 或在实 施方案中 0.1 至 0.15 重量％的锡贡献率的比例存在于本发明的铝浆中。就 2- 乙基己酸锡 (II) 而言， 其在铝浆中所占的比例按总铝浆组合物计在 0.1 至 1 重量％的范围内， 或者在一 个实施方案中 0.3 至 0.5 重量％的范围内。 本发明的铝浆还可以包含有机锌组分 ； 在一个实施方案中， 有机锌组分可为液体 有机锌组分。本文的术语 “有机锌组分” 是指固体有机锌化合物和液体有机锌组分。术语 “液体有机锌组分” 是指一种或多种有机锌化合物溶于一种或多种有机溶剂中所形成的溶 液， 或在一个实施方案中是指一种或多种液体有机锌化合物自身。
在一个非限制性实施方案中， 本发明的铝浆的有机锌组分基本上不含未氧化的锌 金属 ； 在另一个实施方案中， 有机锌组分可大于 90％不含未氧化的锌金属 ； 在另一个实施 方案中， 有机锌组分可大于 95％， 97％， 或 99％不含未氧化的锌金属。在一个实施方案中， 有机锌组分可不含未氧化的锌金属。
在本发明的上下文中， 术语 “有机锌化合物” 包括在分子中包含至少一个有机部分 的此类锌化合物。 有机锌化合物在例如大气氧和空气湿度存在下， 以及制备、 贮藏和应用本 发明的铝浆过程中的普通条件下是稳定或基本稳定的。在应用条件， 尤其在将铝浆丝网印 刷到硅片背面上期间极普遍的那些条件下， 同样如此。然而， 在铝浆的焙烧期间， 有机锌化 合物的有机部分将会被除去或将基本上被除去， 例如被烧尽和 / 或碳化。有机锌化合物因 此具有锌含量。在一个实施方案中， 所述锌含量在 15 至 30 重量％的范围内。有机锌化合 物可包括共价有机锌化合物 ； 具体地讲， 它们包括有机锌盐化合物。具体地讲， 合适的有机 锌盐化合物的实例包括树脂酸锌 ( 酸性树脂的锌盐， 具体地讲为具有羧基的树脂 ) 和羧酸 锌 ( 锌的羧酸盐 )。在一个实施方案中， 有机锌化合物可为新癸酸锌， 其在室温下为液体。 新癸酸锌可例如从 Shepherd Chemical Company 商购获得。就液体有机锌化合物诸如新癸 酸锌而言， 当制备本发明的铝浆时， 可使用未溶解的液体有机锌化合物自身。 新癸酸锌可形 成液体有机锌组分。
就包含有机锌组分的铝浆而言， 有机锌组分可以按总铝浆组合物计对应于 0.05 至 0.6 重量％的锌贡献率， 或在一个实施方案中 0.1 至 0.25 重量％的锌贡献率的比例存在 于铝浆中。就新癸酸锌而言， 其在铝浆中的比例按总铝浆组合物计可在 0.5 至 3.0 重量％， 或者在一个实施方案中 0.5 至 1.2 重量％的范围内。
在一个实施方案中， 本发明的铝浆包含至少一种玻璃料组合物作为无机粘合剂。 玻璃料组合物可包含 PbO ； 在一个实施方案中， 玻璃料组合物可为无铅的。玻璃料组合物可 包括如下的那些 ： 它们在焙烧之后经历再结晶或相分离并且析出具有游离相的玻璃料， 其 所具有的软化点低于原来的软化点。
玻璃料组合物的 ( 原来的 ) 软化点 ( 玻璃化转变温度， 通过差热分析 DTA 在 10K/ min 的加热速率下确定 ) 可在 325 至 600℃的范围内。
玻璃料表现出例如 2 至 20μm 的通过激光散射确定的平均粒度 ( 平均粒径 )。在 包括玻璃料的铝浆情形中， 一种或多种玻璃料的含量按总铝浆组合物计可为 0.01 至 5 重 量％， 或者在一个实施方案中 0.1 至 2 重量％， 或者在另一个实施方案中 0.2 至 1.25 重 量％。
适用于铝浆的玻璃料中的一些为本领域中常规的玻璃料。一些实例包括硼硅酸 盐玻璃和硅铝酸盐玻璃。实例还包括如下氧化物的组合， 诸如 ： B2O3、 SiO2、 Al2O3、 CdO、 CaO、 BaO、 ZnO、 Na2O、 Li2O、 PbO 和 ZrO2， 它们可独立地使用或以组合方式使用以形成玻璃粘合剂。
常规的玻璃料可为硼硅酸盐玻璃料， 诸如硼硅酸铅玻璃料、 铋、 镉、 钡、 钙、 或其他 碱土金属硼硅酸盐玻璃料。此类玻璃料的制备是熟知的， 并且包括例如将呈各组分的氧化 物形式的玻璃的组分熔融在一起并且将此类熔融组合物注入到水中以形成玻璃料。当然， 批料成分可为任何化合物， 所述化合物在通常的玻璃料生产条件下将产生所期望的氧化 物。例如， 氧化硼将从硼酸获得， 二氧化硅将由燧石制备， 氧化钡将由碳酸钡制备， 等等。 可将玻璃在球磨机中用水或惰性的低粘度低沸点的有机液体进行研磨以减小玻 璃料的粒度并且获得其尺寸基本上均匀的玻璃料。 然后可将其沉淀在水或有机液体中以分 离出细料， 并且可除去包含细料的上清液。也可使用其他分类方法。
玻璃由常规玻璃制造技术制成， 即， 将期望的组分以期望的比例混合， 并且加热混 合物以形成熔体。 如本领域所熟知的那样， 可加热至峰值温度并保持一段时间， 使得熔体完 全变成液体并且均匀。
本发明的铝浆可包含非晶二氧化硅。非晶二氧化硅为细分的粉末。在一个实施方 案中， 其可具有例如 5 至 100nm 的通过激光散射确定的平均粒度 ( 平均粒径 )。尤其是其包 含以合成方式制备的二氧化硅， 例如煅制二氧化硅或通过沉淀制备的二氧化硅。此类二氧 化硅由各类生产商以很多种类型供应。
在本发明的铝浆包含非晶二氧化硅的情况下， 非晶二氧化硅可以例如按总铝浆组 合物计高于 0 至 0.5 重量％， 例如 0.01 至 0.5 重量％， 或在一个实施方案中 0.05 至 0.1 重 量％的比例存在于铝浆中。
本发明的铝浆包含有机载体。可将很多种惰性的粘稠材料用作有机载体。有机载 体可为如下载体 ： 粒状组分 ( 粒状铝、 可能存在的非晶二氧化硅、 可能存在的玻璃料 ) 可以 足够的稳定度分散于其中。 有机载体的特性， 具体地讲流变特性， 可使得它们向铝浆组合物 提供良好的应用特性， 包括 ： 不溶性固体的稳定分散、 便于应用 ( 具体地讲便于丝网印刷 ) 的适当粘度和触变性、 硅片基板和浆料固体的适当的可润湿性、 良好的干燥速率、 和良好的 焙烧特性。用于本发明的铝浆的有机载体可为非水惰性液体。有机载体可为有机溶剂或有 机溶剂混合物。在一个实施方案中， 有机载体可为一种或多种有机聚合物溶于一种或多种 有机溶剂中所形成的溶液。在一个实施方案中， 用于该目的的聚合物可为乙基纤维素。可
单独使用或以组合方式使用的聚合物的其他实例包括乙基羟乙基纤维素、 木松香、 酚醛树 脂和低级醇的聚 ( 甲基 ) 丙烯酸酯。合适的有机溶剂的实例包括醇酯和萜烯诸如 α- 或 β- 萜品醇或它们与其他溶剂诸如煤油、 邻苯二甲酸二丁酯、 二甘醇丁基醚、 二甘醇丁基乙 酸醚、 己二醇和高沸点醇的混合物。 此外， 有机载体可包括在硅片背面施加了铝浆后用于促 进快速硬化所使用的挥发性有机溶剂。 可配制这些溶剂和其他溶剂的各种组合以达到所期 望的粘度和挥发性要求。
本发明的铝浆中的有机溶剂含量按总铝浆组合物计可在 5 至 25 重量％， 或在一个 实施方案中 10 至 20 重量％的范围内。数字 5 至 25 重量％包括了液体有机锡组分和任选 的液体有机锌组分中可能的有机溶剂贡献率。
有机聚合物可以按总铝浆组合物计在 0 至 20 重量％， 或在一个实施方案中 5 至 10 重量％范围内的比例存在于有机载体中。
本发明的铝浆可包含一种或多种有机添加剂， 例如表面活性剂、 增稠剂、 流变改性 剂和稳定剂。一种或多种有机添加剂可为有机载体的一部分。然而， 也有可能在制备铝浆 时单独地加入一种或多种有机添加剂。 一种或多种有机添加剂可以按总铝浆组合物计例如 0 至 10 重量％的总比例存在于本发明的铝浆中。 本发明的铝浆中的有机载体含量可取决于施涂浆料的方法和所使用的有机载体 的种类并且其可有变化。在一个实施方案中， 其按总铝浆组合物计可为 20 至 45 重量％， 或 在一个实施方案中其可在 22 至 35 重量％的范围内。该数目 20 至 45 重量％包括一种或多 种有机溶剂、 可能的一种或多种有机聚合物和可能的一种或多种有机添加剂。
在一个实施方案中， 本发明的铝浆包含
70 至 75 重量％的粒状铝 ；
一种或多种有机锡组分， 其比例对应于 0.1 至 0.15 重量％的锡贡献率， 具体地讲 0.3 至 0.5 重量％ 2- 乙基己酸盐 (II) ；
0.2 至 1.25 重量％的一种或多种玻璃料 ；
0 至 0.5 重量％的非晶二氧化硅 ；
10 至 20 重量％的一种或多种有机溶剂 ；
5 至 10 重量％的一种或多种有机聚合物 ； 和
0 至 5 重量％的一种或多种有机添加剂。
在一个实施方案中， 本发明的铝浆包含
70 至 75 重量％的粒状铝 ；
有机锡组分， 其比例对应于 0.1 至 0.15 重量％的锡贡献率， 具体地讲 0.3 至 0.5 重量％ 2- 乙基己酸盐 (II) ；
一种或多种有机锌组分， 其比例对应于 0.1 至 0.25 重量％的锌贡献率， 具体地讲 0.5 至 1.2 重量％新癸酸锌 ；
0.2 至 1.25 重量％的一种或多种玻璃料 ；
0 至 0.5 重量％的非晶二氧化硅 ；
10 至 20 重量％的一种或多种有机溶剂 ；
5 至 10 重量％的一种或多种有机聚合物 ； 和
0 至 5 重量％的一种或多种有机添加剂。
本发明的铝浆是粘稠的组合物， 可以通过将粒状铝、 有机锡组分、 任选的有机锌组 分、 任选的一种或多种玻璃料组合物和任选的非晶二氧化硅与有机载体机械混合来制备。 在一个实施方案中， 可使用动力混合制造方法， 其是一种等同于传统辊磨的分散技术 ； 也可 使用辊磨或其他混合技术。
本发明的铝浆可以原样使用， 也可以稀释后再使用， 例如添加其他有机溶剂 ； 因 此， 铝浆中所有其他组分的重量百分比可以降低。
本发明的铝浆可用于制造硅太阳能电池的铝背面电极或相应地用于制造硅太阳 能电池。所述制造可通过如下方式进行 ： 将铝浆施涂到硅片的背面上， 即， 施涂到它们的不 被或不会被其他背面金属浆料 ( 具体地讲， 如背面银或银 / 铝浆 ) 覆盖的那些表面部分上。 硅片可包括单晶硅或多晶硅。在一个实施方案中， 硅片可具有 100 至 250cm2 的面积和 180 至 300μm 的厚度。然而， 本发明的铝浆甚至可成功地用于生产较大和 / 或具有较薄厚度的 硅片背面上的铝背面电极， 例如， 硅片具有低于 180μm， 具体地讲在 140 至低于 180μm 范围 2 内的厚度和 / 或具有高于 250 至 400cm 范围内的面积。
将铝浆施涂至例如 15 至 60μm 的干膜厚度。铝浆的应用方法可以是印刷， 例如硅 氧烷移印 ； 或在一个实施方案中， 为丝网印刷。当通过使用 Brookfield HBT 粘度计和 #14 锭子的效用杯以 10rpm 的锭子速度并且在 25℃下测量时， 本发明的铝浆的应用粘度可为 20 至 200Pa·s。
在将铝浆施涂到硅片的背面上之后， 可将它们干燥例如 1 至 100 分钟的一段时间， 使硅片达到 100 至 300℃范围内的峰值温度。干燥可利用例如带式、 旋转式或静止式干燥 机， 具体地讲 IR( 红外线 ) 带式干燥机来进行。
在施涂之后或在一个实施方案中， 在施涂和干燥之后， 焙烧本发明的铝浆以形成 铝背面电极。焙烧可持续例如 1 至 5 分钟的时间， 使硅片达到 700 至 900℃范围内的峰值 温度。焙烧可利用例如单区段或多区段带式炉、 尤其是多区段 IR 带式炉来进行。焙烧在存 在氧的情况下， 尤其是在存在空气的情况下发生。 在焙烧期间， 可除去包括非挥发性有机材 料的有机物质和在可能的干燥步骤期间未蒸发的有机部分， 即烧尽和 / 或碳化， 具体地讲 是烧尽。在焙烧期间除去的有机物质包括一种或多种有机溶剂、 可能的一种或多种有机聚 合物、 可能的一种或多种有机添加剂、 一种或多种有机锡化合物以及可能的一种或多种有 机锌化合物的有机部分。焙烧之后， 锡可仍然为氧化锡。在一个实施方案中， 焙烧后的氧化 锡可以为例如 SnO、 SnO2 或它们的混合物。在铝浆包含有机锌化合物的情况下， 焙烧之后的 锌可仍然为氧化锌。 在铝浆包含玻璃料的情况下， 焙烧期间可发生另一种过程， 即烧结玻璃 料。可将焙烧作为与已施涂到硅片上的其他金属浆料即正面和 / 或背面金属浆料共焙烧在 一起来进行， 所述金属浆料在焙烧过程期间已被施涂以形成硅片表面上的正面电极和 / 或 背面电极。一个实施方案包括正面银浆和背面银或背面银 / 铝浆。
接着， 参见图 2， 其示出了一个非限制性实例， 其中使用本发明的铝浆制备了硅太 阳能电池。
首先， 制备硅片基板 102。 在硅片的受光面 ( 正面表面 ) 上， 即靠近该表面通常具有 p-n 结， 安装正面电极 ( 例如， 主要由银构成的电极 )104( 图 2A)。在硅片的背面上， 涂布银 或银 / 铝导电浆料 ( 例如， 可从 E.I.Du Pont de Nemours and Company 商购获得的 PV202 或 PV502 或 PV583 或 PV581) 以形成母线或突出部， 从而能够与以平行电构型设置的其他太阳能电池互连。在硅片的背面上， 通过丝网印刷使用能够与上文提及的银或银 / 铝浆等略 微重叠的图案来涂布本发明的用于太阳能电池的新型铝浆以用作背面 ( 或 p 型接触 ) 电极 106， 然后将其干燥 ( 图 2B)。浆料的干燥例如在 IR 带式干燥机中进行， 持续 1 至 10 分钟 的时间， 使硅片达到 100 至 300℃的峰值温度。此外， 铝浆可具有 15 至 60μm 的干膜厚度， 并且银或银 / 铝浆的厚度可为 15 至 30μm。此外， 铝浆和银或银 / 铝浆的重叠部分可为约 0.5 至 2.5mm。
接着， 焙烧所得的基板， 例如在带式炉中焙烧 1 至 5 分钟的时间， 使硅片达到 700 至 900℃的峰值温度， 以便获得所期望的硅太阳能电池 ( 图 2D)。电极 110 由铝浆形成， 其 中所述浆料已被焙烧而除去了有机物质， 并且， 如果铝浆包含玻璃料， 则烧结后者。
如图 2D 所示， 使用本发明的铝浆所获得的硅太阳能电池在硅基板 102 的受光面 ( 表面 ) 上具有电极 104， 在背面上具有主要由铝构成的铝电极 110 以及主要由银或银和铝 构成的银或银 / 铝电极 112( 通过焙烧银或银 / 铝浆 108 形成 )。 实施例 此处引用的实施例涉及焙烧到常规太阳能电池上的厚膜金属化浆料， 所述电池具 有氮化硅减反射涂层和正面 n 型接触厚膜银导体。
本发明可应用于范围广泛的半导体器件， 尽管本发明对诸如光电二极管和太阳能 电池等光接收元件尤其有效。 以下的讨论描述了如何利用本发明的组合物来形成太阳能电 池以及如何测试其技术特性。
(1) 太阳能电池的制造
如下形成太阳能电池 ：
(i) 在硅基板 (200μm 厚的面积为 243cm2 的多晶硅片， p 型 ( 硼 ) 块硅， 具有 n 型 扩散的 POCl3 发射极， 表面用酸纹理化， 具有通过化学气相沉积施涂在硅片的发射极上的 SiNx 减反射涂层 (ARC)) 的背面上 ( 其正面上具有 20μm 厚的银电极 ( 可从 E.I.Du Pont de Nemours and Company 商购获得的 PV145 银组合物 ))， 将银 / 铝浆料 (PV202， 一种可从 E.I.Du Pont de Nemours and Company 商购获得的银 / 铝组合物 ) 进行印刷并干燥为 5mm 宽的母线。然后， 以 30μm 的干膜厚度丝网印刷用于太阳能电池的背面电极的铝浆， 从而在 两个边缘处为铝膜的重叠部提供 1mm 的 Ag/Al 母线以确保电连续性。在焙烧之前， 对丝网 印刷的铝浆进行干燥。
铝浆实例包含 72 重量％的空气雾化的铝粉 ( 平均粒度 6μm)、 26 重量％的包括聚 合物树脂和有机溶剂的有机载体和 0.07 重量％的非晶二氧化硅。铝浆实例 C 至 F( 根据 本发明 ) 包含 0.1 至 0.5 重量％范围内的 2- 乙基己酸锡 (II) 添加剂， 而铝浆对照例 A 和 B( 比较实施例 ) 不含有机锡化合物。铝浆对照例 A 不含有机锌化合物， 而铝浆对照例 B 和 铝浆实例 C 至 F 含有 1.0 重量％的新癸酸锌。
(ii) 然后将印刷过的硅片在 Centrotherm 炉中以 3000mm/min 的带速度进行焙烧， 其中区段温度被限定为区段 1 ＝ 450℃， 区段 2 ＝ 520℃， 区段 3 ＝ 570℃， 并且最后区段设 定在 950℃， 因此硅片达到 850℃的峰值温度。在焙烧之后， 金属化的硅片就变成了功能光 伏器件。
进行电学性能、 焙烧粘附性和弯曲量测量。(2) 测试规程
效率
将根据上述方法形成的太阳能电池放置在商业 I-V 测试器 ( 由 EETS Ltd. 提供 ) 中， 以便测量光转化效率。 该 I-V 测试器中的灯模拟了具有已知强度 ( 大约 1000W/m2) 的日 光， 并且照射电池的发射极。随后用四个电探针接触印刷到焙烧电池上的金属化浆料。测 量了这些太阳能电池在一系列电阻上产生的光电流 (Voc， 开路电压 ； Isc， 短路电流 ) 以计 算出 I-V 响应曲线。随后从该 I-V 响应曲线推导出填充因数 (FF) 值和效率 (Eff) 值。
焙烧粘附性
为了测量铝金属化浆料的粘合强度， 使用剥离测试确定了从焙烧硅片的表面除去 的材料的量。为此目的， 施涂了一透明层的粘合带并且随后将其剥离掉。表 1 中粘附性数 字表明， 浆料的粘附性随着组合物中有机锌含量的上升而增加。浆料实例的剥离强度可以 通过添加玻璃料进一步增强。
弯曲量测量
弯曲量 ( 电池翘曲 ) 定义为在平坦表面上测量的焙烧的电池的中心在室温下的最 大挠曲高度。弯曲量的测量是通过将电池放在金属平板上， 然后使用 μm 分辨率的测微表 来测量每个电池的最大挠曲， 即确定硅片中心距平板表面的距离。 表 1 中引用的实例 C 至 F 示出了与不含有机锡添加剂的组合物 ( 对照例 A 和 B) 相 比， 铝浆的电学性能随有机锡含量变化而产生的变化。表 1 中的数据证实了实例 C 至 F 中 粘附性增强， 弯曲量降低。
表1