太阳能电池的制作方法

相关申请的交叉参考

本申请根据35usc119(e)要求美国临时申请序列第62/797,611号和美国临时申请序列第62/797,636号的权益，二者均于2019年1月28日提交，这两份申请为所有目的通过参考纳入本文。

本发明涉及钝化接触型太阳能电池，更具体涉及其电极及其制造方法。

背景技术：

钝化接触型太阳能电池要求具有足够的效率。钝化接触型太阳能电池的例子有隧道氧化物钝化接触(topcon)型太阳能电池和多晶硅氧化物层(polo)型太阳能电池。

wo2017163498描述了topcon型太阳能电池。该太阳能电池包含在半导体基片上形成的隧道氧化物层；在隧道氧化物层上形成的第一导电型半导体层；在半导体层上形成的保护膜；以及电极。该电极通过以下步骤形成：丝网印刷导电糊料，然后对其进行烧制，使导电糊料在烧制过程中蚀刻保护膜，进而与半导体层发生电接触。

技术实现要素：

本申请的目的是提供具有充分的电学性能的钝化接触型太阳能电池。

一方面涉及制造钝化接触型太阳能电池的方法，包括以下步骤：(i)制备基片，所述基片包含：第一半导体层，位于第一半导体层上的隧道氧化物层，位于隧道氧化物层上的第二半导体层，位于第二半导体层上的第一绝缘层，以及在隧道氧化物层另一侧位于第一半导体层上的第三半导体层，其中第二半导体层的厚度为0.2-400nm，其中第一绝缘层包含一个或多个开口；(ii)在第一绝缘层的开口中施加导电糊料，所述导电糊料包含：(a)包含银(ag)和钯(pd)的导电粉末，(b)玻璃料，以及(c)有机载剂；以及(iii)烧制所施加的导电糊料，以形成电极。导电粉末可包含银(ag)、钯(pd)、含ag和pd的合金或其混合物的粉末。玻璃料可包含30-90重量％的pbo和/或bi2o3、1-50重量％的b2o3、0.1-30重量％的sio2和0.1-20重量％的al2o3。

另一方面涉及用于钝化接触型太阳能电池的导电糊料，所述导电糊料包含：(a)包含银(ag)和钯(pd)的导电粉末，(b)玻璃料，以及(c)有机载剂。

又一方面涉及钝化接触型太阳能电池，包含：(i)基片，其包含第一半导体层、位于第一半导体层上的隧道氧化物层、位于隧道氧化物层上的第二半导体层、位于第二半导体层上的第一绝缘层以及在隧道氧化物层另一侧位于第一半导体层上的第三半导体层，其中第一绝缘层包含一个或多个开口；和(ii)位于基片上的电极，其中所述电极填充第一绝缘层中的开口并与第二半导体层接触，所述电极包含：(a)金属和(b)玻璃。在一个实施方式中，所述金属包含银(ag)和钯(pd)。在一个实施方式中，所述第二半导体层的厚度小于20nm。

本发明能提供具有充分的电学性能的钝化接触型太阳能电池。

附图说明

当参考以下对本发明优选实施方式的详细描述和附图时，本发明将会得到更完整的理解，其他优点也将变得显而易见，在所附多幅图中，相同的附图标记均表示相同的要素，其中：

图1a-1c是用于解释钝化接触型太阳能电池的制造过程的绘图；以及

图2a-2c说明太阳能电池的第一绝缘层中开口图案的可能的不同形式。

具体实施方式

制造钝化接触型太阳能电池的方法包括以下步骤：(i)制备基片，(ii)在基片上施加导电糊料，以及(iii)烧制所施加的导电糊料。

作为钝化接触型太阳能电池的例子，下文将解释topcon型太阳能电池。topcon型太阳能电池也称作多晶硅氧化物层(polo)电池。在一个实施方式中，钝化接触型太阳能电池是topcon型太阳能电池或polo型太阳能电池。

制备基片100，该基片100包含第一半导体层101、隧道氧化物层103、第二半导体层105、第一绝缘层107和第三半导体层109(图1a)。在一个实施方式中，第一半导体层101是硅层。在一个实施方式中，第一半导体层101是n型硅层或p型硅层。在另一个实施方式中，第一半导体层101是n型硅层。在另一个实施方式中，第一半导体层101是p型硅层。在一个实施方式中，隧道氧化物层103是氧化硅层。在一个实施方式中，隧道氧化物层103的厚度为0.15-500nm；在另一个实施方式中，厚度为0.2-250nm；在另一个实施方式中，厚度为0.25-180nm；在另一个实施方式中，厚度为0.3-100nm；在另一个实施方式中，厚度为0.4-60nm；在另一个实施方式中，厚度为0.5-30nm；在另一个实施方式中，厚度为0.6-10nm。

在一个实施方式中，第二半导体层105是硅层。在另一个实施方式中，第二半导体层105是多晶硅层。在另一个实施方式中，第二半导体层105是n型硅层或p型硅层。在另一个实施方式中，第二半导体层105是n型硅层。在另一个实施方式中，第二半导体层105是p型硅层。在一个实施方式中，第二半导体层105的厚度为0.2nm以上；在另一个实施方式中，厚度为0.25nm以上；在另一个实施方式中，厚度为0.5nm以上；在另一个实施方式中，厚度为1nm以上；在另一个实施方式中，厚度为3nm以上；在另一个实施方式中，厚度为5nm以上。第二半导体层105的厚度为400nm以下；在另一个实施方式中，厚度为300nm以下；在另一个实施方式中，厚度为200nm以下；在另一个实施方式中，厚度为100nm以下；在另一个实施方式中，厚度为50nm以下。

在一个实施方式中，第三半导体层109是硅层。在另一个实施方式中，第三半导体层109是n型硅层或p型硅层。在另一个实施方式中，第三半导体层109是n型硅层。在另一个实施方式中，第三半导体层109是p型硅层。第三半导体层109的厚度为0.2-50nm；在另一个实施方式中，厚度为0.25-40nm；在另一个实施方式中，厚度为0.3-30nm；在另一个实施方式中，厚度为0.35-20nm；在另一个实施方式中，厚度为0.4-10nm。

第一绝缘层107包含一个或多个开口113。第一绝缘层107可通过例如热氧化形成。在一个实施方式中，第一绝缘层107选自si3n4、tio2或其组合。开口113通过利用激光烧蚀部分去除第一绝缘层107来形成。开口113的图案不受限制。例如，第一绝缘层107包含一个或多个开口，所述开口在一个实施方式中如图2a所示具有点501的图案，在另一个实施方式中如图2b所示具有实线503的图案，或者在另一个实施方式中如图2c所示具有虚线505的图案。在一个实施方式中，点501的直径为1-400μm。在一个实施方式中，实线503或虚线505的宽度各自为1-2000μm。点501的直径和实线503、虚线505的宽度可通过扫描电子显微镜(sem)测量。

在一个实施方式中，如图1a所示，基片100任选地进一步包含第二绝缘层111。对第二绝缘层111是否包含开口没有限制。在一个实施方式中，第二绝缘层111不含开口。在另一个实施方式中，第二绝缘层111包含开口。

将导电糊料201施加在第一绝缘层107的开口113内(图1b)。从开口113上方施加导电糊料201，其中导电糊料201填充开口113。在另一个实施方式中，在第二绝缘层111上施加另一导电糊料203。当第二绝缘层111不含开口时，施加在第二绝缘层111上的导电糊料203是烧穿型导电糊料。烧穿型导电糊料是在烧制过程中能够蚀刻绝缘层111的糊料。在另一个实施方式中，在第二绝缘层111上施加相同的导电糊料。当第二绝缘层111像第一绝缘层107那样也包含开口时，第二绝缘层111上可用相同的导电糊料。在另一个实施方式中，在第二绝缘层111的开口内施加导电糊料203。在另一个实施方式中，从开口上方施加导电糊料203，其中导电糊料203填充开口。

在另一个实施方式中，当基片不含第二绝缘层111时，在第三半导体层上施加导电糊料203。

在一个实施方式中，导电糊料201、203通过丝网印刷、漏版印刷或点胶(dispensing)法施加。导电糊料在一些实施方式中具有相同的组成，而在其他实施方式中具有不同的组成。

在一个实施方式中，接下来在约80-200℃的温度下将所施加的导电糊料201、203干燥1-30分钟。

在一个实施方式中，烧制导电糊料201、203，形成电极301、303(图1c)。在一个实施方式中，使用最热区的设定温度值(通常称作“峰值设定温度”)约为400-950℃的多区带式炉来方便地完成烧制。已经发现，通过这样的热处理，半导体可经历约350-900℃范围内的实际峰温。烧制后，电极301、303接触第二半导体层105和第三半导体层109。

在另一个实施方式中，第一半导体层101是n型层，第二半导体层105是n型层，而第三半导体层109是p型层。在另一个实施方式中，第一半导体层101是p型层，第二半导体层105是p型层，而第三半导体层109是n型层。

在另一个实施方式中，基片100在第一半导体层101两侧均包含隧道氧化物层103。在另一个实施方式中，在第一半导体层101两侧均包含隧道氧化物层103的基片100包含位于隧道氧化物层103上的第二半导体层105和位于隧道氧化物层上的第三半导体层109。在一个实施方式中，基片100还包含位于第一半导体层与第三半导体层之间的另一隧道氧化物层。第三半导体层109的厚度为0.2-50nm；在另一个实施方式中，厚度为0.25-40nm；在另一个实施方式中，厚度为0.3-30nm；在另一个实施方式中，厚度为0.35-20nm；在另一个实施方式中，厚度为0.4-10nm。在另一个实施方式中，第二绝缘层111包含一个或多个开口。

导电糊料201包含：(a)包含银(ag)和钯(pd)的导电粉末，(b)玻璃料，以及(c)有机载剂。

导电粉末

导电粉末包含银(ag)和钯(pd)中的至少一种。在一个实施方式中，导电粉末包含银(ag)。在另一个实施方式中，导电粉末包含银(ag)和钯(pd)。在另一个实施方式中，导电粉末包含银(ag)粉末。在一个实施方式中，导电粉末是选自下组的金属粉末：ag粉末，pd粉末，ag和pd的合金粉末，以及它们的混合物。基于导电粉末的重量，ag在一个实施方式中占60-99.9重量％，在另一个实施方式中占65-99重量％，在另一个实施方式中占75-98重量％，在另一个实施方式中占82-95重量％。基于导电粉末的重量，pd在一个实施方式中占0.1-30重量％，在另一个实施方式中占1-25重量％，在另一个实施方式中占2-18重量％，在另一个实施方式中占3-10重量％。

在一个实施方式中，导电粉末为片状、球状、不定形状(undefined)或其组合。导电粉末的粒径(d50)在一个实施方式中为0.1-10μm，在另一个实施方式中为0.3-6μm，在另一个实施方式中为0.5-4μm，在另一个实施方式中为0.8-3.5μm，在另一个实施方式中为1-2.5μm。粒径(d50)通过激光衍射散射法测量，例如使用麦奇克(microtrac)x-100型粒度分析仪[可购自美国宾夕法尼亚州蒙哥马利维尔市麦奇克股份有限公司(microtrac,inc.,montgomeryville,pa)]。

在一个实施方式中，导电粉末是ag粉末和pd粉末的混合物。ag粉末的纯度在一个实施方式中可为80％以上，在另一个实施方式中可为90％以上，在另一个实施方式中可为97％以上。pd粉末的纯度在一个实施方式中可为80％以上，在另一个实施方式中可为90％以上，在另一个实施方式中可为97％以上。

在一个实施方式中，导电粉末可进一步包含附加金属。所述附加金属选自钼(mo)、硼(b)、钛(ti)、铜(cu)及其混合物。

玻璃料

玻璃料在烧制过程中熔化，以粘合到基片上。玻璃料的粒径在一个实施方式中可为0.05-5μm，在另一个实施方式中可为0.1-3.5μm，在另一个实施方式中可为0.5-1.5μm。玻璃料的软化点在一个实施方式中可为330-600℃，在另一个实施方式中可为370-600℃，在另一个实施方式中可为400-550℃，在另一个实施方式中可为410-460℃。当软化点在上述范围内时，玻璃料可恰当熔化，以获得上述效果。本领域用于测量玻璃料软化点的已知方法包括基于dta的方法和astm标准c338-57中的纤维伸长法，后者由位于美国宾夕法尼亚州康舍霍肯市的astm国际(astminternational,westconshohocken,pa)公布，通过参考纳入本文。

提供所需化学、机械和电学性能的任何玻璃料均可用于配制本申请的糊料。例如，在多个实施方式中，玻璃料可包含铅硅酸盐(pb-si)玻璃、铅硼硅酸盐(pb-b-si)玻璃、铅碲(pb-te)玻璃、无铅的铋(bi)玻璃、无铅的锌硼硅酸盐(zn-b-si)玻璃或其混合物。在一个实施方式中，从软化点和玻璃熔合特性的角度看，含铅玻璃料可能是优异的。在一个实施方式中，从环保角度看，无铅玻璃料可能是优异的。在多个实施方式中，玻璃料可包含pb-b-si玻璃、pb-si-al玻璃、pb-te-b玻璃、pb-te-li玻璃、pb-v玻璃、bi-si-b玻璃、bi-te玻璃或其混合物。

在一些实施方式中，玻璃料包含30-90重量％的pbo或bi2o3、1-50重量％的b2o3、0.1-30重量％的sio2和0.1-20重量％的al2o3。

基于玻璃料的重量，pdo在一个实施方式中占0-90重量％，在另一个实施方式中占10-85重量％，在另一个实施方式中占30-81重量％，在另一个实施方式中占57-10重量％，在另一个实施方式中占57-80重量％。

基于玻璃料的重量，bi2o3在一个实施方式中占0-90重量％，在另一个实施方式中占10-85重量％，在另一个实施方式中占30-81重量％，在另一个实施方式中占57-10重量％，在另一个实施方式中占57-80重量％。

基于玻璃料的重量，b2o3在一个实施方式中占3-40重量％，在另一个实施方式中占5-30重量％，在另一个实施方式中占6-22重量％，在另一个实施方式中占8-18重量％。

基于玻璃料的重量，sio2在一个实施方式中占0.3-22重量％，在另一个实施方式中占0.5-18重量％，在另一个实施方式中占0.9-15重量％，在另一个实施方式中占1-10重量％。

基于玻璃料的重量，al2o3在一个实施方式中占0.2-16重量％，在另一个实施方式中占0.3-10重量％，在另一个实施方式中占0.4-6重量％，在另一个实施方式中占0.5-3重量％。

在另一个实施方式中，玻璃料进一步包含选自zno、bao或其组合的金属氧化物。在另一个实施方式中，玻璃料进一步包含zno和bao。

基于玻璃料的重量，zno在一个实施方式中占0-30重量％，在另一个实施方式中占1-25重量％，在另一个实施方式中占5-20重量％，在另一个实施方式中占8-18重量％。

基于玻璃料的重量，bao在一个实施方式中占0-10重量％，在另一个实施方式中占0.1-8重量％，在另一个实施方式中占0.5-6重量％，在另一个实施方式中占1-5重量％。

可用于本申请的导电糊料的玻璃料的一些例子列于下面表1，显示了每个实施例的氧化物含量(重量％)和用dta测得的玻璃软化点。

表1

*(未测量)

基于导电糊料的重量，玻璃料在一个实施方式中占1-40重量％，在另一个实施方式中占1.8-32重量％，在另一个实施方式中占2.5-18重量％，在又一个实施方式中占3-9重量％。

基于导电糊料中固体的重量，玻璃料在一个实施方式中占4-75重量％，在另一个实施方式中占5-62重量％，在另一个实施方式中占6-42重量％，在另一个实施方式中占6-31重量％，在又一个实施方式中占7-17重量％。

在其他实施方式中，以ag粉末为100重量份，玻璃料可为6-300重量份，6.5-200重量份，6.8-100重量份，7-100重量份，7.5-50重量份，8-20重量份，8.5-15重量份，或者9.5-13重量份。

有机介质

有机介质是有机树脂或者有机树脂与溶剂的混合物。在一个实施方式中，有机介质可以是例如松油溶液，聚甲基丙烯酸酯的乙二醇单丁基醚单乙酸酯溶液，乙基纤维素的乙二醇单丁基醚单乙酸酯溶液，乙基纤维素的松油醇溶液，或者乙基纤维素的texanoltm酯醇溶液。在另一实施方式中，有机介质可以是乙基纤维素的松油醇溶液。在一个实施方式中，基于有机介质的重量，有机树脂占5-50重量％。

基于糊料的重量，有机介质在一个实施方式中占10-60重量％，在另一个实施方式中占15-57重量％，在另一个实施方式中占22-53重量％，在又一个实施方式中占35-50重量％。

以ag粉末为100重量份，有机介质在一个实施方式中可为25-135重量份，在另一个实施方式中可为55-129重量份，在又一个实施方式中可为80-121重量份。

添加剂

导电糊料中可包括增稠剂、稳定剂或其他类型的添加剂中的任何添加剂。可根据导电糊料最终需要的特性确定一种或多种添加剂。

导电糊料可通过利用混合器(如辊式混炼机或旋转混合器)混合上述每种组分来生产。可加入适量溶剂来将粘度调节到适合所用沉积方法的数值。如利用布鲁克菲尔德hbt粘度计(采用14号转子，配有多用杯，转速10rpm，温度25℃)所测，导电糊料的粘度在一个实施方式中为50-350pa·s，在另一个实施方式中为80-300pa·s，在另一个实施方式中为95-220pa·s。

以上述方式构造的太阳能电池理想地表现出良好的电学特性和机械特性，包括高光转换效率，高填充因子，低串联电阻，高分流电阻以及电极和基片之间的良好机械附着性中的一项或多项。

至此已较详细地描述了本发明，但应理解，这些细节不必恪守不变，相反，进一步的变化和改进对本领域技术人员而言是不言自明的，它们全部落在所附权利要求所限定的范围之内。

例如，技术人员将认识到，对原料的选择可能无意包括杂质，这些杂质在加工过程中可能进入导电糊料组合物。这些意外的杂质可能以数百至数千ppm的范围存在。本申请所用的工业材料中通常出现的杂质是普通技术人员所熟悉的。

在形成本文所公开的太阳能电池的结构时，杂质的存在不会实质性改变导电糊料组合物的化学性质、流变性质和热性质或其功能。

当本文叙述或建立数值范围时，该范围包括其端点和该范围内的所有单个整数和分数，也包括这些端点和内部整数、分数的所有各种可能的组合所形成的每个较窄范围，以形成所陈述的范围内的较大数值组的子组，就如同明确叙述了这些较窄范围中的每个范围一样。当本文将一个数值范围陈述为大于一个陈述的值时，该范围也不是无限的，其上端受到一个数值的限制，该数值在如本文所述的本发明的范围内是可操作的。当本文将一个数值范围陈述为小于一个陈述的值时，该范围在其下端也受到非零值的限制。

当以范围、优选范围或者优选上限值和优选下限值的清单形式给出数量、浓度或其他数值或参数时，这应理解为具体公开了由任意范围上限或优选值与任意范围下限或优选值以任何数值对组成的所有范围，无论这些范围是否单独公开。当本文叙述数值范围时，除非另有说明，否则，该范围意在包括其端值以及该范围内的所有整数和分数。当限定范围时，本发明的范围非意在限于所述具体数值。

在本说明书中，除非另有明确说明或在用法上有相反指示，否则，当本申请主题的实施方式被陈述或描述为包含、包括、含有、具有某些特征或要素，或者由这些特征或要素组成或构成时，该实施方式中可存在除明确陈述或描述的这些特征或要素之外的一个或多个特征或要素。不过，本申请主题的替代实施方式可陈述或描述为基本上由某些特征或要素组成，在此实施方式中，会实质性改变该实施方式的操作原理或区别特性的特征或要素不存在于其中。本申请主题的又一替代实施方式可陈述或描述为由某些特征或要素组成，在该实施方式或其非实质性变化形式中，仅存在具体陈述或描述的特征或要素。此外，术语“包含”意在包括术语“基本上由……组成”和“由……组成”所涵盖的实施例。类似地，术语“基本上由……组成”意在包括术语“由……制成”所涵盖的实施例。

在本说明书中，除非另有明确说明或在用法上有相反指示，否则，本文所叙述的数量、尺寸、范围、配方、参数及其他量值和特性，特别是用词语“约”修饰时，可以但不必是精确的，也可以是大致的和/或比所陈述的更大或更小(需要的话)，反映容限、转换因数、四舍五入、测量误差等，以及在所陈述的值内包括其外的那些值，这些值在本发明的范围内与所陈述的值具有功能和/或操作上的等同性。