r>[0057]在另一個方面，本發(fā)明涉及一種太陽能電池。在一個實施方案中，太陽能電池包括 半導體基板(例如，硅晶片)和根據(jù)本文所述的任何實施方案的導電漿料組合物。
[0058]在另一個方面，本發(fā)明涉及一種通過以下方法制備的太陽能電池，該方法包括:將 根據(jù)本文所述的任何實施方案的導電漿料組合物施加到半導體基板(諸如硅晶片)并對該 半導體基板進行燒制。
[0059] 硅晶片
[0060] 根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選晶片在太陽能電池的諸多區(qū)域中具有能夠以高效率吸收光以 產(chǎn)生電子-空穴對且以高效率跨過邊界，優(yōu)選跨過p-n結邊界分離空穴和電子的區(qū)域。根據(jù) 本發(fā)明的優(yōu)選晶片是包含由前部摻雜層和背部摻雜層構成的單一整體的晶片。
[0061] 優(yōu)選地，晶片由適當摻雜的四價元素、二元化合物、三元化合物或合金組成。在該 情形中，優(yōu)選的四價元素為硅、Ge或Sn，優(yōu)選為硅。優(yōu)選的二元化合物為兩種或更多種四價 元素的組合、第III族元素與第V族元素的二元化合物、第II族元素與第VI族元素的二元化 合物或第IV族元素與第VI族元素的二元化合物。優(yōu)選的四價元素的組合為選自硅、Ge、Sn或 C的兩種或更多種元素的組合，優(yōu)選為SiC。優(yōu)選的第III族元素與第V族元素的二元化合物 為GaAs。根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施方案，晶片為硅。明確地提及硅的前述說明也適用于 本文所述的其它晶片組合物。
[0062] p-n結邊界位于晶片的前部摻雜層與背部摻雜層匯合的地方。在η型太陽能電池 中，背部摻雜層摻雜有提供電子的η型摻雜劑而前部摻雜層摻雜有接受電子或提供空穴的ρ 型摻雜劑。在Ρ型太陽能電池中，背部摻雜層摻雜有Ρ型摻雜劑而前部摻雜層摻雜有η型摻雜 劑。根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施方案，具有P-n結邊界的晶片通過以下方式制備:首先提 供經(jīng)摻雜的硅基板，接著將相反類型的摻雜層施加到該基板的一面上。
[0063]經(jīng)摻雜的硅基板是本領域中熟知的。經(jīng)摻雜的硅基板可通過本領域中已知的且被 認為適用于本發(fā)明的任何方法制備。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選硅基板來源為單晶硅、多晶硅、非晶 形硅和升級冶金級硅，最優(yōu)選為單晶硅或多晶硅。摻雜以形成經(jīng)摻雜的硅基板可在硅基板 的制備過程中通過添加摻雜劑而同時地進行，或其可在后續(xù)步驟中進行?？赏ㄟ^例如氣體 擴散外延法在制備硅基板之后進行摻雜。經(jīng)摻雜的硅基板也可容易地商購獲得。根據(jù)一個 實施方案，硅基板的初始摻雜可通過將摻雜劑添加到硅混合物中而與其形成同時地進行。 根據(jù)另一個實施方案，前部摻雜層和高度摻雜的背部層(若存在的話)的施加可通過氣相外 延法進行。該氣相外延法優(yōu)選在約500°C至約900°C，更優(yōu)選約600°C至約800°C且最優(yōu)選約 650°C至約750°C的溫度范圍內，在約2kPa至約lOOkPa，優(yōu)選約10至約80kPa，最優(yōu)選約30至 約70kPa范圍內的壓力下進行。
[0064]本領域中已知的是，硅基板可表現(xiàn)出多種形狀、表面紋理和大小?；宓男螤羁砂?括例如長方體、盤狀、晶片和不規(guī)則多邊形。根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施方案，晶片為具 有類似(優(yōu)選相等）的兩個尺寸且第三個尺寸明顯小于另外兩個尺寸的長方體。第三個尺寸 可為前兩個尺寸的至少1/100。
[0065] 另外，本領域中已知多種表面類型。根據(jù)本發(fā)明，具有粗糙表面的硅基板是優(yōu)選 的。評估基板粗糙度的一種方式是評價基板的次表面的表面粗糙度參數(shù)，該次表面比基板 的總表面積小，優(yōu)選小于總表面積的約百分之一，且其基本上為平坦的。表面粗糙度參數(shù)的 值通過以下兩者之間的比率給出：次表面的面積，與通過使該次表面映射到平坦平面上所 形成的理論表面的面積，該平坦平面通過使均方位移最小而與該次表面最佳擬合。較高的 表面粗糙度參數(shù)值表示更粗糙、更不規(guī)則的表面而較低的表面粗糙度參數(shù)值表示更光滑、 更平坦的表面。根據(jù)本發(fā)明，硅基板的表面粗糙度優(yōu)選地被調節(jié)成在多種因素之間產(chǎn)生最 佳平衡，這些因素包括但不限于光吸收和與表面的粘附力。
[0066] 硅基板的兩個較大的尺寸可經(jīng)改變以適合所得太陽能電池所需的應用。根據(jù)本發(fā) 明，娃晶片的厚度優(yōu)選為約0.01-0.5mm，更優(yōu)選為約0.01-0.3mm且最優(yōu)選為約0.01-0.2mm。 一些晶片具有0.01mm的最小厚度。
[0067] 根據(jù)本發(fā)明，前部摻雜層優(yōu)選比背部摻雜層薄。還優(yōu)選的是，前部摻雜層的厚度在 約0· 1至約ΙΟμπι的范圍內，優(yōu)選在約0· 1至約5μηι的范圍內且最優(yōu)選在約0· 1至約2μηι的范圍 內。
[0068] 高度摻雜的層可施加到硅基板的背面位于背部摻雜層與任何另外的層之間。這種 高度摻雜層與背部摻雜層具有相同的摻雜類型，且這種層通常用a+表示(將η+型層施加到η 型背部摻雜層且將Ρ+型層施加到Ρ型背部摻雜層）。該高度摻雜的背部層起到有助于金屬化 且改善導電性的作用。根據(jù)本發(fā)明，高度摻雜的背部層(若存在的話)的厚度優(yōu)選在約1至約 100μπι的范圍內，優(yōu)選在約1至約50μηι的范圍內且最優(yōu)選在約1至約15μηι的范圍內。
[0069] 摻雜劑
[0070]優(yōu)選的摻雜劑是當添加到硅晶片中時通過將電子或空穴引入能帶結構中而形成 ρ-η結邊界的摻雜劑。根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的是，這些摻雜劑的種類和濃度經(jīng)特定地選擇以調 諧ρ-η結的能帶結構特征且根據(jù)需要設定光吸收和導電性特征。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選ρ型摻雜 劑是將空穴添加到硅晶片能帶結構中的摻雜劑。本領域中已知的且被認為適于本發(fā)明的情 形中的所有摻雜劑均可用作P型摻雜劑。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選P型摻雜劑為三價元素，特別是 周期表第13族的元素。在該情形中，優(yōu)選的周期表第13族元素包括但不限于B、Al、Ga、In、Tl 或其中至少兩種的組合，其中B是尤其優(yōu)選的。
[0071] 根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選η型摻雜劑是將電子添加到硅晶片能帶結構中的摻雜劑。本領 域中已知的且被認為適于本發(fā)明的情形中的所有摻雜劑均可用作η型摻雜劑。根據(jù)本發(fā)明 的優(yōu)選η型摻雜劑為周期表第15族的元素。在該情形中，優(yōu)選的周期表第15族元素包括Ν、Ρ、 As、Sb、Bi或其中至少兩種的組合，其中Ρ是尤其優(yōu)選的。
[0072] 如上所述，p-n結的各種摻雜水平可經(jīng)改變以調諧所得太陽能電池的所需性質。 [0073]根據(jù)某些實施方案，半導體基板（即，硅晶片）表現(xiàn)出高于約60 Ω/□，諸如高于約 65 Ω /□、70 Ω /□、90 Ω /□或95 Ω /□的薄層電阻。
[0074] 太陽能電池結構
[0075] 通過可由根據(jù)本發(fā)明的方法獲得的太陽能電池將有助于實現(xiàn)至少一個上述目的。 根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選太陽能電池是就入射光總能量轉變成電能輸出的比例而言具有高效率 的太陽能電池，以及輕質且耐久的太陽能電池。在最低限度上，太陽能電池包括：（i)前電 極、（ii)前部摻雜層、（iii)p-n結邊界、（iv)背部摻雜層和(v)焊盤。太陽能電池也可包括用 于化學/機械保護的另外的層。
[0076] 抗反射層
[0077] 根據(jù)本發(fā)明，可在將電極施加到太陽能電池的正面之前，施加抗反射層作為外層。 根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選抗反射層是使正面反射的入射光的比例降低且使穿過正面以被晶片吸 收的入射光的比例增加的抗反射層。產(chǎn)生有利的吸收/反射比，易于被導電漿料蝕刻，另外 耐燒制導電漿料時所需的溫度，且不會使電極界面附近的電子與空穴復合增加的抗反射層 是優(yōu)選的。本領域中已知的且被認為適于本發(fā)明的情形中的所有抗反射層均可使用。根據(jù) 本發(fā)明的優(yōu)選抗反射層為31隊、310 2^1203、1102或其中至少兩種的混合物和/或其中至少兩 層的組合。根據(jù)一個優(yōu)選的實施方案，抗反射層為SiN x，特別是在使用硅晶片的情況下。 [0078]抗反射層的厚度應適合適當光的波長。根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施方案，抗反 射層的厚度在約20至約300nm的范圍內，更優(yōu)選在約40至約200nm的范圍內且最優(yōu)選在約60 至約90nm的范圍內。
[0079] 鈍化層
[0080] 根據(jù)本發(fā)明，可將一個或多個鈍化層施加到硅晶片的正面和/或背面作為外層。鈍 化層可在形成前電極之前，或在施加抗反射層(若存在該抗反射層)之前施加。優(yōu)選的鈍化 層是使電極界面附近的電子/空穴復合率降低的鈍化層。本領域中已知的且被認為適于本 發(fā)明的情形中的任何鈍化層均可使用。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選鈍化層為氮化硅、二氧化硅和二 氧化鈦。根據(jù)一個最優(yōu)選的實施方案，使用氮化硅。鈍化層的厚度優(yōu)選在約O.lnm至約2μπι的 范圍內，更優(yōu)選在約l〇nm至約Ιμπι的范圍內且最優(yōu)選在約30nm至約200nm的范圍內。
[0081]另外的保護層
[0082] 除了上述直接促成太陽能電池的主要功能的層外，也可添加用于機械和化學保護 的另外層。
[0083] 電池可經(jīng)封裝以提供化學保護。封裝是本領域中熟知的且適于本發(fā)明的任何封裝 均可使用。根據(jù)一個優(yōu)選的實施方案，若存在這種封裝，則使用透明聚合物(通常稱為透明 熱塑性樹脂)作為封裝材料。在該情形中，優(yōu)選的透明聚合物為硅橡膠和聚乙烯-乙酸乙烯 酯(PVA)〇
[0084] 也可將透明玻璃板添加到太陽能電池的前部以對電池的正面提供機械保護。透明 玻璃板是本領域中熟知的且適于本發(fā)明的情形中的任何透明玻璃板均可使用。
[0085] 可將背面保護材料添加到太陽能電池的背面以提供機械保護。背面保護材料是本 領域中熟知的且被認為適于本發(fā)明的情形中的任何背面保護材料均可使用。根據(jù)本發(fā)明的 優(yōu)選背面保護材料為具有良好機械特性和耐候性的材料。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選背面保護材料 為具有一層聚氟乙烯的聚對苯二甲酸乙二醇酯。根據(jù)本發(fā)明，背面保護材料優(yōu)選存在于封 裝層之下(在背面保護層和封裝均存在的情況下）。
[0086] 可將框架材料添加到太陽能電池的外部以提供機械支撐?？蚣懿牧鲜潜绢I域中熟 知的且被認為適于本發(fā)明的情形中的任何框架材料均可使用。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選框架材料 為鋁。
[0087] 制備太陽能電池的方法
[0088]太陽能電池可通過將導電漿料組合物施加到在半導體基板(諸如硅晶片）正面上 的抗反射涂層(諸如氮化硅、氧化硅、氧化鈦或氧化鋁)上來制備。接著將本發(fā)明的背面導電 漿料施加到太陽能電池的背面上以形成焊盤。導電漿料可以按本