[发明专利]低成本、抗裂、可丝网印刷的金属化提高组件可靠性

说明书

本发明提供了一种金属基质复合浆料，所述金属基质复合浆料被用于在光伏电池中丝网印刷金属基质复合触点。所述金属基质复合浆料包括在金属浆料中的多个官能化多壁碳纳米管。因为所述金属基质复合浆料可以具有与金属浆料相似的机械和化学性能，故其可以被纳入标准金属化工艺中。由所述金属基质复合浆料形成的金属基质复合触点可以具有增加的延展性和自愈能力，以电桥接由母线或栅线的物理断裂引起的间隙。

相关申请的交叉引用

本申请要求美国临时专利申请号第62/694，337号的优先权，该申请通过引用被整体纳入本文。

政府资助

这项发明是由美国能源部第AGJ-8-70325-01号拨款提供的政府支持下完成的。美国政府对这项发明有一定的权利。

技术领域

本公开涉及可印刷的金属触点，更具体地，涉及可丝网印刷的金属基质复合材料及其形成方法。

背景

航天器主要由多结太阳能电池供电，因为它们具有高性能，在1-太阳空气质量0(AM0)光谱下效率接近30％，并且在空间环境中具有良好的辐射耐受性。虽然多结电池提供了高效率，但是由于各种原因，包括生长缺陷、晶格失配引起的膜应力以及在制造、运输、安装、发射和操作过程中引入的机械应力，在晶体光伏(PV)电池中会产生裂纹(本文也称为微裂纹)。这些裂纹可以使光伏电池的碎片部分发生电隔离，进而导致大量功率损失。类似地，对于陆地硅基光伏电池，裂纹已被证明会降低机械稳定性，并显著降低电池和组件这两个层面的性能。为了使太阳能发电成功地与化石燃料发电竞争，就需要高度耐用的光伏组件。光伏组件的耐用性通常是通过其退化率来衡量的，退化率是指随着时间的推移性能逐渐下降的速度。高退化率意味着电能产生的减少，从而降低了成本效益。提高太阳能成本效益的一种方法是降低光伏电池和组件的退化率，以延长其寿命。

光伏电池和组件的印刷金属触点可以通过几种技术形成，包括丝网印刷、喷墨印刷和挤压。在金属化过程中，通常在这些技术中分别使用可印刷的金属浆料。例如，在丝网印刷中，通过在硅(Si)衬底上印刷和烧制金属浆料来形成金属触点，例如栅线和母线。目前，光伏组件的一个常见退化机制是热斑，其通常由光伏电池金属触点中的裂纹引起，也由遮蔽和污染引起。栅线和母线一旦破裂或切断，会立即出现不可恢复的电气连续性损失。即使在变成热斑之前，这些裂纹也会导致高串联电阻、效率降低和能量损失。

因此，期望有更耐用的触点和用于形成更耐用的光伏电池触点的改进的可印刷浆料。

概要

根据本发明，提供了一种光伏电池。所述光伏电池包括衬底、设置在所述衬底上的抗反射涂层和设置在所述抗反射涂层上的金属基质复合触点。所述金属基质复合触点包括金属和分布在所述金属中的多个多壁碳纳米管，其中所述金属基质复合触点的金属通过所述抗反射涂层电连接到所述衬底。

根据本发明，提供了一种形成用于丝网印刷触点的浆料的方法。所述方法包括提供多个多壁碳纳米管和对多个多壁碳纳米管的表面进行官能化。所述方法还包括将多个官能化多壁碳纳米管与金属浆料混合以形成金属基质复合浆料。任选地，所述方法可以进一步包括在将所述多个官能化多壁碳纳米管与金属浆料混合之前，形成包含所述多个官能化多壁碳纳米管和溶剂的溶液。

根据本发明，提供了一种金属基质复合浆料。所述金属基质复合浆料包括金属浆料和多个多壁碳纳米管，其中所述多个多壁碳纳米管的表面被羧基或氨基官能团官能化。

根据本发明，提供了一种在光伏设备中形成电触点的方法。所述方法包括提供衬底和在所述衬底上沉积介电层。所述方法还包括在所述介电层上丝网印刷包含金属浆料和多个多壁碳纳米管的金属基质复合浆料，其中所述多壁碳纳米管的表面被羧基或氨基官能团官能化，并烧制所述金属基质复合浆料以形成电触点。