包含纳米级化学熔料的导电糊料或导电油墨制造技术

本发明专利技术涉及一种导电糊料或导电油墨，其可用于在基材表面形成导电元件，例如太阳能电池的电极。本发明专利技术还涉及一种太阳能电池，其中暴露于太阳的上电极通过使用所述导电糊料或导电油墨而获得，以及一种在基材上使用所述导电糊料或导电油墨形成导电元件的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及导电糊料或导电油墨，其可用于在基材表面形成导电元件。
技术介绍
传统(第一代)太阳能电池的基本结构通常包括半导体材料薄层、在所述薄层表面形成的暴露于阳光的抗反射层，以及分别排列在所述薄层的两个相对侧的两个电极。通常，太阳能电池具有带直角或圆角的正方形或矩形形状，尺寸范围为10至16厘米之间。迄今为止，最常用于生产太阳能电池的薄层由晶体硅制成，原因在于该材料在生产成本与太阳能电池的转换效率之间提供最佳折衷。太阳能电池的转换效率通过产生的电能与以太阳辐射的形成作用于电池上能量的比率而定义。晶体硅薄层，通常称为硅片或单晶片，具有120微米至350微米之间的厚度，并且是非常易碎的。因此，太阳能电池层叠于位于暴露于太阳侧的玻璃或其它材料的基材上，并且包封于弹性透明聚合物薄膜中，所述弹性透明聚合物薄膜具有密封不透明、聚合的背衬密封剂以提高耐老化性。可对晶体硅片中的两层进行区分：第一层，其暴露于太阳，称为发射极层，通过用诸如磷对硅进行掺杂而形成以获得具有过剩电子的区域(n区)，以及在第一层下面的第二层，称为半导体基材，通过用诸如硼对硅进行掺杂以获得具有过剩空穴的区域(p区)。在n区与p区之间的界面形成p-n结并且允许电子从p区通过到达n区。抗反射层施涂于发射极层的暴露于太阳的表面上以减小外部反射而不能用于产生能量的太阳辐射的分数。该层通常由二氧化硅和/或氮化硅(SiNx)组成。或者，已经开发了电池，其中掺杂区域之间的体积比被反转，并且同样暴露于太阳辐射的电池侧的掺杂类型也被反转。然而，通常通过丝网印刷或喷墨印刷的方式，将导电糊料或导电油墨施涂于抗反射层上，以形成第一额叶电极(上电极)。导电糊料或导电油墨包含导电金属颗粒，例如银。当使用边长在10至16厘米之间的太阳能电池时，施涂于太阳能电池上的银的量为约0.10至0.20克之间。通常，上电极为格栅的形式，其必须理想地实现暴露于太阳的表面的最少可能阴影(以免阻止光子冲击半导体表面)与收集作为光电效应结果由所述半导体基材生成的电荷的最大可能容量之间的折衷。所述格栅通过细金属线(或“副栅线(finger)”)形成，其收集产生的电流并且将其运送至集电极(或“主栅线(busbar)”)，集电极采取将较宽的金属线相对于第一线以直角排列的形式。每个晶片均具有形成于其上的大量的细金属线以及两个或更多个主栅线，其也用于通过焊接方法将太阳能电池连接在一起。或者，通过MWT(金属穿孔卷绕技术)的方式，形成上电极的副栅线被设计通过太阳能电池汇集于集电极空穴中。通过该技术，可实现更高效的最终光伏模块设计，其是所谓的第二代“背接触”型。位于晶片后侧的第二电极(下电极)通过施涂包含导电金属颗粒(通常为铝、银或它们的混合物)的一种或多种导电糊料或导电油墨至未暴露于阳光的晶片表面，通常通过丝网印刷的方式形成。通常，下电极为连续层，原因在于不需要像晶片的前表面一样吸收光。施涂于抗反射层和未暴露于阳光的晶片表面的糊料和油墨在基材上干燥并且在高温炉中通过燃烧方法活化。除了导电金属颗粒以外，传统用于形成上电极的糊料和油墨还包含玻璃组分(玻璃料)，其在燃烧过程中，熔融并腐蚀抗反射层，因而使得导电金属颗粒与发射极层接触。糊料和油墨通常为分散体的形式。导电金属颗粒与玻璃料使用粘结剂和溶剂来配制，粘结剂和溶剂使得糊料和油墨适用于印刷过程。G.Schubert在他的论文“Thickfilmmetallizationofcrystallinesiliconsolarcells.Mechanisms，modelsandapplications”中已经说明了导电糊料必须要满足的要求。特别地，为了减小导电金属颗粒与发射极层之间的接触电阻并且提高最终太阳能电池的效率，玻璃料必须熔融并形成光滑、均一、导电的尽可能薄但不穿透p-n结的界面的玻璃。而且，玻璃料应该在炉内燃烧的过程中熔融一部分银颗粒，使得在冷却之后银与来自玻璃料中使得玻璃具有导电性的其它金属颗粒(例如铅、铋和锑颗粒)作为细晶粒沉淀在导电玻璃和发射极层之间的界面上。传统玻璃料的优点之一在于其可改变它们的化学组成(例如通过改变所用氧化物的百分比)以调整它们的性能，例如熔融温度、粘度和热膨胀系数。传统上，玻璃料通过混合玻璃前体粉末，例如硅硼酸盐、硅铝酸盐以及硅、硼、铝、镉、钡、钙、碲、铋、锑、铊、锌、钠、锂、铅等的氧化物而获得。混合物在坩埚中熔融，坩埚适用于获得均相液质，其可迅速冷却以得到相应的玻璃。对因此获得的玻璃进行研磨而将其变为具有适于在糊料或油墨中使用的颗粒尺寸的玻璃碎片。通过传统的研磨方法，可得到尺寸在约200纳米至约20微米之间并具有通常为碎玻璃的碎片形式的玻璃料。由研磨方式获得的玻璃料的尺寸分布曲线通常宽且不对称，在约1微米处有峰并且由尺寸大于10微米的玻璃料形成尾端。使用标准方法进行尺寸分布曲线的测定，例如如“NISTRecommendedPracticeGuide：ParticleSizeCharacterization”，NISTSP-960-1，A.Jillavenkatesa等，2001年1月中所描述的。然而，用于生产太阳能电池的糊料和油墨必须具有细且均匀的稠度，以免堵塞丝网或分配器喷嘴或喷墨打印机的开口。因此，糊料和油墨的组分，例如导电金属颗粒、玻璃料和其它任意添加剂，必须具有小于10微米的尺寸，优选小于2微米，和有利地小于1微米。当使用银作为导电金属，通常使用化学沉积法，例如化学还原而获得银颗粒。另外，使用研磨和/或粒度分离法减小玻璃料的尺寸是一种常见的操作，尤其是当需要得到尺寸小于微米级的颗粒时，使用后者方法。对于添加剂，国际专利申请WO2011/035015描述了一种包含粉末形式的银、玻璃料和选自金属锌、锌合金或金属锌与氧化锌的混合物的纳米级无机添加剂的导电糊料。所述导电糊料的所有组分分散在无机介质中。最后，国际专利申请WO2011/060341描述了一种含有银颗粒、玻璃颗粒、有机载体以及至少一种无机添加剂的导电糊料。无机添加剂可以是五氧化二钽或属于金和铂族的金属颗粒，其粒径约1nm至约1μm。所述糊料能够使电极与电池之间具有较好的粘附性并且具有较好的电子传递。当导电油墨用于包括喷墨打印的金属化过程时，闭塞问题是特别明显的，原因在于形成传统导电油墨的颗粒可堵塞供给喷嘴和分配器。因而需本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种导电糊料或导电油墨，包含导电金属颗粒、至少一种有机溶剂，以及至少一种有机添加剂，其特征在于所述糊料或油墨包含化学熔料，其中以数量计，至少95％的所述化学熔料的颗粒具有小于1微米的直径。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.08.22 IT MI2013A0013981.一种导电糊料或导电油墨，包含导电金属颗粒、至少一种有机溶剂，以
及至少一种有机添加剂，其特征在于所述糊料或油墨包含化学熔料，其中以数
量计，至少95％的所述化学熔料的颗粒具有小于1微米的直径。
2.根据权利要求1的导电糊料或导电油墨，其特征在于所述化学熔料具有
球形形状。
3.根据前述任一权利要求的导电糊料或导电油墨，其特征在于所述化学熔
料包含由至少一种金属阳离子与至少一种阴离子形成的单一盐、混合盐或复合
盐。
4.根据权利要求3的导电糊料或导电油墨，其特征在于所述至少一种金属
阳离子选自包含第三族、第四族、第五族和/或d区金属的组。
5.根据权利要求4的导电糊料或导电油墨，其特征在于所述至少一种金属
阳离子选自包含铊(Tl)、铅(Pb)、锡(Sn)、铋(Bi)、锑(Sb)、镍(Ni)、铜(Cu)、锌
(Zn)和银(Ag)的组。
6.根据权利要求3的导电糊料或导电油墨，其特征在于所述至少一种阴离
子选自包含碳酸根、碳酸氢根、硼酸根、醋酸根、硒酸根、亚硒酸根、碲酸根、
亚碲酸根、钒酸根、硅酸根、脂肪酸阴离子和它们的水合物的组。
7.根据前述任一权利要求的导电糊料或导电油墨，其特征在于所述化学熔
料具有低于900℃，优选低于750℃，和更优选低于600℃的熔融温度。
8.根据前述任一权利要求的导电糊料或导电油墨，其特征在于所述糊料或
油墨包含0.1％至7％重量，更优选1.5％至3.5％重量的所述化学熔料，相对于
所述导电糊料或导电油墨的总重量。
9.根据前述任一权利要求的导电糊料或导电油墨，其特征在于所述糊料或
油墨包含与传统玻璃料混合的所述化学熔料。
10.根据权利要求9的导电糊料或导电油墨，其特征在于所述糊料或油墨包
含相对于所述糊料或油墨总重量的0.05％至7％重量的所述化学熔料，和相对
于所述糊料或油墨总重量而有意添加的重量百分比大于零和优选在0.01％至
3.5％之间的所述玻璃料。
11.根据前述任一权利要求的导电糊料或导电油墨，其特征在于所述糊料...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·冈纳拉，S·马格纳奈里，A·伯吉，C·科斯塔，D·斯波提，
申请(专利权)人：维萨帕有限责任公司，
类型：发明
国别省市：意大利;IT