[发明专利]含铝、和硼、钛、镍、锡、银、镓、锌、铟及铜中的至少一种的太阳能电池接触层

说明书

本专利申请涉及提交于2007年7月9日的第11/774,632号美国专利申请，所述美国专利申请为共同拥有的、同时待审的、提交于2006年3月20日的第11/384,838号美国专利申请的部分继续申请，这两个专利申请的公开内容在此以引用方式并入本文。 

发明领域

本发明涉及导电制备物(formulation)，所述导电制备物由以下物质来制成：铝颗粒；其它金属源；无机添加剂；以及分散于有机体系的玻璃料；所述金属包含硼、钛、镍、锡、银、镓、锌、铟以及铜中的至少一种。所述制备物通常可进行丝网印刷并且适用于制造光电装置。通过适当的有机物改性，这些制备物也可通过其它方法来施加，例如喷雾、热熔印刷、喷墨印刷、移印、微细笔写(micro-pen writing)以及带式层压技术。 

发明背景 

太阳能电池通常由例如硅(Si)等半导体材料制成，其将太阳光转化为有用的电能。太阳能电池通常由薄的Si晶片制成，在所述Si晶片中，通过将来自合适磷源的磷(P)扩散入p型Si晶片中，从而形成所需要的PN结。在硅晶片上太阳光入射的一侧通常涂覆有抗反射涂层(ARC)，以防止太阳光的反射损失。这ARC提高太阳能电池的效率。称为前接触层的二维电极栅状图形(twodimensional electrode grid pattern)连接于硅的n侧，而主要为铝(Al)的涂层连接于所述硅的p侧(背接触层)。进一步，将称为银后接触层的接触层(由银或银-铝膏制成)印刷并烧成于硅的p侧，使得能够进行接头的焊接，该接头在太阳能电池模块中将一个电池电连接于下一个。这些接触层是从PN结到外部负载的电输出口。 

用于太阳能电池接触层的常规膏中包含铅玻璃料。在太阳能电池膏的玻璃组分中包含PbO，产生如下理想效果：(a)降低膏组合物的烧成温度，(b)促进 与硅基底的相互作用，并通过烧成而有助于与硅形成低电阻接触层。由于这些原因和其它原因，PbO成为许多常规太阳能电池膏组合物中的重要组分。然而，从环境方面考虑，现在要尽可能避免在膏组合物中使用PbO(以及CdO)。因此在光电工业中需要开发出无铅的和无镉膏组合物，其通过在太阳能电池接触层膏中施加无铅的和无镉的玻璃来提供理想性能。 

目前，典型的太阳能电池硅晶片为约200-300微米厚，并且倾向开发出更薄的晶片。由于晶片成本占到电池制造成本的约60％，工业上在寻求更薄的晶片，接近150微米。随着晶片厚度减小，电池由于烧结应力增大而倾向发生弯曲(bowing，bending)，并且铝(232×10^-7/℃20-300℃)和硅(26×10^-7/℃20-300℃)之间的热膨胀系数(TCE)的巨大差异也会诱发弯曲。 

已知的减轻硅晶片弯曲的方法包括在丝网印刷时降低铝含量的方法，但这导致背表面场(Back Surface Field，BSF)层的形成不完全，并且必需更高的烧成温度来达到相同结果。化学制品(酸)蚀刻法已被用于去除在烧成铝膏后形成的Al-Si合金。这正是制备方法中的另一个导致额外成本的步骤。 

另一个途径是使用添加剂来降低Al层和硅晶片之间的热膨胀不匹配。然而，缺点在于降低了背表面钝化质量以及伴随着降低了太阳能电池性能。部分覆盖，即晶片背侧的部分区域被铝涂覆，已被用于背表面来抵消弯曲，但这导致电池性能降低。 

最后，另一个降低或消除弯曲的常规办法为在烧成后将成品的太阳能电池从室温冷却至大约-50℃达几秒。结合一同采用的对Al-Si膏基质的塑性变形，极大地消除了弯曲，但是这带来额外的工艺步骤，并且具有起因于热应力的高破损危险性。 

因此在光电工业中需要开发出：低弯曲、无铅、高性能的、可在太阳能电池接触层产生足够的铝背表面场的Al膏，这样的接触层的制造方法，以及形成这样的BSF的Al膏。 

发明概述 

本发明提供一种铝基膏，其包含硼、钛、镍、锡、银、镓、锌、铟以及铜中的至少一种，施加于具有p+层和n+层的硅太阳能电池用于形成背表面场(BSF)和发射极。通过烧成所述膏而形成的掺杂(B/Ti/Ni/Sn/Ag/Ga/Zn/In/Cu)的 铝接触层消除或最小化了超薄硅晶片的弯曲，由此，改进了以其制成的太阳能电池的可靠性和电性能，如所检测到的，低串联电阻(Rs)和高并联电阻(RSh)、高效率(EFF)和高填充因子(FF)，并且降低了破损。术语“(B/Ti/Ni/Sn/Ag/Ga/Zn/m/Cu)”表示：存在所指定的金属中的至少一种，如果多于一种，是指物理混合物或合金。