[发明专利]形成具有烧结多层薄膜堆叠的太阳能电池的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年11月24日申请的美国临时专利申请62/259,636、2016年4月5日申请的美国临时专利申请62/318,566、、2016年8月5日申请的美国临时专利申请62/371,236和2016年11月16日申请的美国临时专利申请62/423,020的优先权，它们的全部内容通过参考合并在此。

政府支持的陈述

基于NSF授予的IIP-1430721合约号，本发明已经得到了政府支持。在本发明中，政府可具有特定权利。

技术领域

本发明涉及嵌入浆料，其包含贵金属粒子、嵌入粒子以及有机载体。

嵌入浆料(intercalation paste)可被用于改进太阳能电池的电力转换效率。基于银的嵌入浆料印刷在铝层上，其在烧制之后具有适度的剥离强度(peel strength)且随即软焊至标志带(tabbing ribbon)。这一浆料特别好的适用于基于硅的太阳能电池，其使用铝背表面场(BSF)。典型地，商业上生产的单-和多-晶硅太阳能电池的硅晶片的85-92％的后表面区域由铝粒子层覆盖，其形成了背表面场且与硅进行欧姆接触(ohmic contact)。剩余的5-10％的后硅表面由银后标志层覆盖，其并不产生场且不与硅晶片进行欧姆接触。后标志层主要用于软焊标志带以电连接太阳能电池。

当银层与太阳能电池的后侧上的硅基层(substrate)直接接触、代替接触基层的铝粒子层时，估计到太阳能电池的转换效率的绝对基准降低了0.1％至0.2％。因此，高度需要使用铝粒子层覆盖太阳能电池的整个后部，且仍然能够使用标志带将太阳能电池连接在一起。过去，研究者已经尝试将银直接印刷在铝粒子层的顶部，但是在高温的在空气中的烧制期间，铝和银层相互扩散(interdiffusion)，且导致层表面变得氧化且损失可焊性。一些研究者已经尝试改变大气条件以降低氧化；然而，前侧的银浆料在氧化大气、例如干燥空气中执行得最佳，且在惰性大气中的处理之后整个太阳能电池效率降低了。其它研究者已经尝试降低晶片的峰值烧制温度以降低相互扩散，但是前侧的银浆料需要高峰值烧制温度(即，大于650℃)以烧结硅氮氧化物，以与硅基层进行欧姆接触。近来，研究者已经使用直接在铝顶部上的锡合金的超声波软焊，以产生可软焊表面(solderable surface)。这一技术已经实现了足够的剥离强度(即，1-1.5N/mm)，但是需要额外的设备且使用大量的锡，这增加了费用。此外，在易碎材料、例如铝和硅晶片上使用超声波软焊会增加晶片裂口且减少处理产量。

具有发展可印刷浆料的需求，其可在烧制期间改良(modify)下层金属粒子层的材料属性。例如，包含浆料的贵金属(precious metal)，其可被直接印刷在铝上且使用标准太阳能电池处理条件烧制，可改进太阳能电池效率。这些浆料可降低Ag/Al的相互扩散，从而保持可软焊至标志带。需要浆料是可丝网印刷的且作用为插入式更换，其不会带来额外的重要支出且可立即集成至现有的生产线中。

发明内容

公开了烧结多层堆叠(fired multilayer stack)。在本发明的一个实施方式中，堆叠具有基层、在基层表面至少一部分上的金属粒子层、在基层表面至少一部分上的改良金属粒子层，以及直接在改良金属粒子层的至少一部分上的改良插层。改良插层具有面对远离基层的可软焊表面。改良金属粒子层包括与金属粒子层相同的金属粒子以及至少一种来自改良插层的材料。改良插层包含贵金属和从下组选择的材料，包含：锑、砷、钡、铋、硼、镉、钙、铈、铯、铬、钴、镓、锗、铟、铁、镧、铪、铅、锂、镁、锰、钼、铌、磷、钾、铼、硒、硅、钠、锶、硫、碲、锡、钒、锌、锆，其组合，及其合金、其氧化物、其合成物，及其其它组合。在一种布置中，改良插层包含贵金属和从下组选择的材料，包含：铋、硼、铟、铅、硅、碲、锡、钒、锌，其组合及其合金、其氧化物、其合成物，及其其它组合。