專(zhuān)利名稱(chēng)：含有金屬納米顆粒的導(dǎo)電性漿料成分的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
太陽(yáng)能電池是一種用光伏效應(yīng)把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。太陽(yáng)能是極具吸引力的綠色能源。因?yàn)樗哂锌沙掷m(xù)性的同時(shí)其產(chǎn)生的副產(chǎn)物不具污染性。在這種情況下，目前有大量的研究致力于開(kāi)發(fā)更加有效的太陽(yáng)能電池同時(shí)又不斷地降低原材料和生產(chǎn)的費(fèi)用。當(dāng)光照射到太陽(yáng)能電池的時(shí)候，一部分的入射光被表面反射而剩余的部分進(jìn)入了太陽(yáng)能電池。光線中的光子被太陽(yáng)能電池吸收，太陽(yáng)能電池通常由半導(dǎo)體材料組成，比如說(shuō)硅。被吸收的光子所含的能量激發(fā)了半導(dǎo)體材料原子中的電子產(chǎn)生空穴電子對(duì)。這些空穴電子對(duì)被P-N結(jié)分離而后被分布在太陽(yáng)能電池表面的導(dǎo)電電極收集。最常見(jiàn)的太陽(yáng)能電池由硅制成。具體來(lái)說(shuō)，一個(gè)P-N結(jié)的硅組成結(jié)構(gòu)是通過(guò)將一個(gè)η型擴(kuò)散層涂到一個(gè)P型的硅基片，然后連接兩個(gè)電觸層或電極。在一個(gè)P型半導(dǎo)體里，雜質(zhì)原子被加入半導(dǎo)體中以增加自由電荷載體的數(shù)量(正空穴)。本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，摻雜材料從半導(dǎo)體原子中拿走束縛力弱的外圍電子，例如，含有硼或鋁雜質(zhì)的P型硅半導(dǎo)體。太陽(yáng)能電池也可以由η型半導(dǎo)體構(gòu)成。在一個(gè)η型半導(dǎo)體中，雜質(zhì)原子提供了額外的電子到主基片，產(chǎn)生額外的負(fù)電子電荷載體。例如，一個(gè)含有磷雜質(zhì)的η型硅半導(dǎo)體。為了盡量降低太陽(yáng)能電池對(duì)太陽(yáng)光的反射，在η型擴(kuò)散層涂上一層防反射涂料，比如說(shuō)氮化硅，以增強(qiáng)進(jìn)入太陽(yáng)能電池光的總量。通常來(lái)說(shuō)硅太陽(yáng)能電池其正面和反面涂有一層導(dǎo)電漿料。作為金屬化工藝的一部分，背面接觸層通常會(huì)先涂布到硅基片上，比如通過(guò)把銀質(zhì)漿料或銀質(zhì)/鋁質(zhì)漿料絲網(wǎng)印制到硅基片后背面形成焊接墊層。下一步是在基片的整個(gè)背部施用一層鋁漿料以形成一個(gè)背部表面電場(chǎng)(BSF)，然后讓電池干燥。下一步，用一種不同種類(lèi)的導(dǎo)電漿料將一層金屬觸層絲網(wǎng)印制到前面的抗反射層上作為前端電極。因?yàn)檫@種金屬網(wǎng)格狀觸層通常來(lái)說(shuō)不能透光，所以在電池表面或前面光進(jìn)入的地方的電子涂層由網(wǎng)狀的細(xì)紋和母線結(jié)構(gòu)構(gòu)成，而不是完整的一層。將前后都印制有漿料的硅基片在700-795度的溫度下燒結(jié)。燒結(jié)之后，前面的漿料蝕刻穿過(guò)抗反射層，在金屬網(wǎng)格和半導(dǎo)體之間形成導(dǎo)電觸層，金屬漿料從而轉(zhuǎn)換成金屬電極。在基片背面，鋁擴(kuò)散進(jìn)入硅基片，作為雜質(zhì)生成BSF。生成的金屬電極可以讓電流在連接在太陽(yáng)能板的太陽(yáng)能電池中流進(jìn)流出。組裝太陽(yáng)能板是將多個(gè)太陽(yáng)能電池串聯(lián)連接和/或并聯(lián)連接在一起。第一個(gè)電池和最后一個(gè)電池的電極末端優(yōu)選地連接到輸出電路。太陽(yáng)能電池通常是由透明的熱塑性樹(shù)脂包裹。比如說(shuō)硅膠或乙烯醋酸乙烯酯。在包裹的透明的熱塑性樹(shù)脂前面的表面放一層透明的玻璃。后部的保護(hù)材料，比如說(shuō)，有很好的機(jī)械性能和很好的抗氣候變化性能的一層聚酯合成纖維外加一層聚氟乙烯可以被放在塑性樹(shù)脂底下。這些層疊的材料可以在合適的真空爐里加熱去掉空氣，然后通過(guò)加熱和擠壓形成一體。此外，太陽(yáng)能電池通常會(huì)被放置在空氣中很長(zhǎng)一段時(shí)間，所以最好用含鋁或相似材料的框架包住太陽(yáng)能電池的周?chē)?br> 一個(gè)典型的銀導(dǎo)電漿料含有金屬顆粒，玻璃料和有機(jī)載體。這些組成成分必須仔細(xì)的挑選以充分實(shí)現(xiàn)其在理論上能達(dá)到的太陽(yáng)能電池的潛在性能。舉個(gè)例子來(lái)說(shuō)，理想狀態(tài)是最大限度的加強(qiáng)金屬漿料和硅表面的接觸，以及金屬顆粒之間的接觸，這樣的話，電荷載體就能流過(guò)交界面和紋路而到達(dá)母線。組成部分中的玻璃顆粒蝕刻通過(guò)抗反射層以幫助金屬和P+型硅間的接觸。另一方面，玻璃的反應(yīng)活性又不能過(guò)強(qiáng)以至于在燒結(jié)之后擊穿P-N結(jié)。因此，在盡量減小接觸電阻的同時(shí)要保持P-N結(jié)不會(huì)受到破壞以達(dá)到對(duì)光電池效率的提高。由于在金屬層和硅晶片界面的玻璃中的絕緣效應(yīng)，目前的組分有很高的接觸電阻，還有其它不利的方面，比如說(shuō)在接觸面有很高的重組現(xiàn)象。因此，需要改進(jìn)漿料來(lái)和提高漿料和硅基片的接觸。發(fā)明的簡(jiǎn)要?dú)w納根據(jù)發(fā)明的一個(gè)實(shí)例，一個(gè)導(dǎo)電漿料的組成有:(a)銀顆粒；(b)玻璃料；(c)導(dǎo)電金屬，金屬合金,和/或金屬娃化物納米顆粒，其中納米顆粒的顆粒直徑大約為5納米到2微米；和(d)有機(jī)載體。根據(jù)另一實(shí)例，納米顆粒含有至少一種以下物質(zhì):鎳，鉻，鈷，鈦，及合金，硅化物，及其混合物。.
根據(jù)另一實(shí)例，導(dǎo)電性漿料含有大約40-95%銀顆粒，大約0.5-6%玻璃料，大約0.05-20%金屬納米顆粒，和大約5-30%有機(jī)載體。所有的百分比均為重量比，基于組分的總重量。根據(jù)另一實(shí)例，納米顆粒的顆粒直徑在20納米到800納米之間。較優(yōu)化的納米顆粒的顆粒直徑在20納米到500納米之間。根據(jù)另一實(shí)例，納米顆粒應(yīng)占0.05-10%重量比。較優(yōu)化的納米顆粒占總量的0.05-5.0% 重量比。根據(jù)另一實(shí)例，導(dǎo)電性漿料至少含有以下添加劑之一 =Al2O3, ZnO, Li2O, Ag2O, AgO,MoO3j TiO2, TeO2, CoOj Co2O3, Bi2O3, CeO2, CeF4, SiO2, MgOj PbOj ZrO2, HfO2, In2O3, SnO2, P2O5, Ta2O5，B2O3, Ag3PO4, LiCoO2, LiNiO2, Ni3 (PO4)2, NiO，以及磷酸鋰鹽。其含量在 0.1-3.0% 重量比之間。根據(jù)發(fā)明的第一個(gè)實(shí)例，一個(gè)太陽(yáng)能電池的電極的形成是通過(guò)把導(dǎo)電漿料成分涂到基片上然后燒結(jié)漿料形成電極，而導(dǎo)電漿料的組成成分包括:(a)銀顆粒；(b)玻璃料；(c)導(dǎo)電金屬,金屬合金,和/或金屬娃化物，納米顆粒，其中納米顆粒的顆粒直徑大約為5納米到2微米；和(d)有機(jī)載體。根據(jù)另一實(shí)例，納米顆粒含有至少一種以下物質(zhì):鎳，鉻，鈷，鈦，及合金，硅化物，及其混合物。根據(jù)另一實(shí)例，納米顆粒的顆粒直徑在20納米到800納米之間。較優(yōu)化的納米顆粒的顆粒直徑在20納米到500納米之間。根據(jù)另一實(shí)例，納米顆粒應(yīng)占總組分的0.05-20%重量比，基于組分的總重量。較優(yōu)化的納米顆粒占總量的0.05-10.0%重量比，最優(yōu)化的占總量的0.05-5.0%重量比。根據(jù)另一實(shí)例，導(dǎo)電性漿料至少含有以下添加劑之一 =Al2O3, ZnO, Li2O, Ag2O, AgO,MoO3j TiO2, TeO2, CoOj Co2O3, Bi2O3, CeO2, CeF4, SiO2, MgOj PbOj ZrO2, HfO2, In2O3, SnO2, P2O5, Ta2O5，B2O3, Ag3PO4, LiCoO2, LiNiO2, Ni3 (PO4)2, NiO，以及磷酸鋰鹽。其含量在 0.1-3.0% 重量比之間。根據(jù)發(fā)明的第二個(gè)實(shí)例，一個(gè)太陽(yáng)能電池的電極的形成是通過(guò)用第一個(gè)導(dǎo)電漿料成分涂布到基片上作為第一層然后烘干漿料，然后用導(dǎo)電漿料的第二個(gè)組成成分在第一層上涂布上第二層，燒結(jié)這兩層而形成電極，而第一個(gè)導(dǎo)電漿料的組成成分包括:(a)銀顆粒；(b)玻璃料；(c)導(dǎo)電金屬,金屬合金,和/或金屬娃化物，納米顆粒，其中納米顆粒的顆粒直徑大約為5納米到2微米；和(d)有機(jī)載體。而第二個(gè)導(dǎo)電漿料根第一層漿料有可能相同也可能不同，有可能含有或不含有玻璃顆?；蛴袡C(jī)載體，但是含有導(dǎo)電顆粒并且比第一層能更好的產(chǎn)生更高的導(dǎo)電性。根據(jù)太陽(yáng)能電池的另一實(shí)例，納米顆粒含有至少一種以下物質(zhì):鎳，鉻，鈷，鈦，及合金，硅化物，及其混合物。根據(jù)發(fā)明的一個(gè)實(shí)例，一個(gè)太陽(yáng)能電池電極的制造方式是將一層第一個(gè)導(dǎo)電衆(zhòng)料的組成成分涂到基片上然后燒結(jié)漿料形成電極，而第一個(gè)導(dǎo)電漿料的組成成分是:(a)銀顆粒；(b)玻璃料；(c)導(dǎo)電金屬,金屬合金,和/或金屬娃化物，納米顆粒，其中納米顆粒的顆粒直徑大約為5納米到2微米；和(d)有機(jī)載體。根據(jù)太陽(yáng)能電池電極的制造方式的另一實(shí)例，納米顆粒含有至少一種以下物質(zhì):鎳，鉻，鈷，鈦，及合金，硅化物，及其混合物。根據(jù)另一實(shí)例，該方法包括在第一層導(dǎo)電性漿料組分之上再施用一層導(dǎo)電性漿料組分。發(fā)明的具體描述根據(jù)本發(fā)明，導(dǎo)電漿料由以下四個(gè)核心組成成分:銀顆粒，玻璃料，至少一種金屬/金屬合金/金屬娃化物的納米顆粒添加劑，和有機(jī)載體。金屬納米顆粒添加劑可能含有，但不局限于鎳、鉻、鈦、鈷、或合金、硅化物，或它們的混合物。下面有更具體的描述，這些添加劑降低了在燒結(jié)之后對(duì)基片的接觸電阻，同時(shí)又提高了效率。一個(gè)更好的實(shí)例包括鎳鈦合金納米顆粒。這種漿料的應(yīng)用并不局限于該申請(qǐng)，此處這種漿料可以用于形成太陽(yáng)能電池或其它硅半導(dǎo)體儀器的電觸層或電極。特別是這種漿料可以用在太陽(yáng)能電池的前端或后側(cè)或其他的硅半導(dǎo)體儀器之中。銀顆粒
在導(dǎo)電漿料的組成成分中，銀顆粒是作為導(dǎo)電金屬使用的。銀可以以金屬銀，一種或多種銀化物，或是其混合物的形式存在。適用的銀衍生物包括銀合金和/或銀鹽，比如鹵化銀(例如氯化銀)、硝酸銀、醋酸銀、三氟乙酸銀、正磷酸銀和它們的混合物。該發(fā)明也包括利用其它的導(dǎo)電金屬來(lái)替代或輔助銀，包括但并不局限于金、銅、鎳、鈀和/或鉬。另外，這些金屬的合金也可以作為導(dǎo)電金屬使用。銀顆粒可以以粉狀或片狀存在于組成成分中，比如粉狀顆粒的平均直徑大約為0.3到10微米大小。除非有其它提示，這里提到的所有的顆粒大小都是由激光散射測(cè)量的d5(1顆粒直徑。業(yè)界共同認(rèn)知，d5(l直徑表示的大小是個(gè)體顆粒的一半(按重量)都小于特定的直徑。這種直徑可以為金屬顆粒提供相匹配的燒結(jié)性狀，以及在用絲網(wǎng)印制或相應(yīng)技術(shù)制作太陽(yáng)能電池的時(shí)候，導(dǎo)電漿料平敷到抗反射層上的性能，還有構(gòu)成合適的接觸面和太陽(yáng)能電池電極的導(dǎo)電性。漿料的金屬導(dǎo)電成分可以含有但不局限于d5(l為0.3-10微米的單分散銀粉，d5(l為0.3-10微米的單分散銀粉和不同大小但濃度峰值在0.3-10微米的雙分散或多分散銀粉的混合物。銀顆粒在漿料組分總重量中的比例應(yīng)該在40-95%重量比，較優(yōu)化的是70-90%重量比。玻璃料玻璃料(玻璃顆粒)是導(dǎo)電性漿料組分中的無(wú)機(jī)粘合劑，同時(shí)也是在燒結(jié)過(guò)程中將金屬成分沉積到基片表面的傳輸介質(zhì)。玻璃成分對(duì)于控制娃表面金屬結(jié)晶(從而形成直接接觸)和玻璃中的金屬微晶(玻璃中隧穿導(dǎo)電性的根源)的尺寸至關(guān)重要。玻璃對(duì)于控制金屬結(jié)晶滲入基片的深度也很重要。如果控制不好，可能會(huì)導(dǎo)致?lián)舸㏄-N結(jié)。玻璃的種類(lèi)不是決定性因素。只要能夠給漿料提供必需的性狀即可。含鉛玻璃和無(wú)鉛玻璃均可。建議采用的玻璃包括鉛硼硅和鉍硼硅，但例如鋅硼硅這樣的無(wú)鉛玻璃也可使用。鉛基玻璃料包括但不僅局限于:齒化鉛鹽類(lèi)、硫?qū)巽U化物、碳化鉛、硫酸鉛、磷酸鉛、亞硫酸鉛，以及有機(jī)金屬鉛化合物或可以在熱分解過(guò)程中產(chǎn)生氧化鉛的化合物。無(wú)鉛玻璃料包括但不僅局限于:硅、硼、鋁、鉍、鋰、鈉、鎂、鋅、鈦、鋯的氧化物。玻璃顆粒大小應(yīng)該在0.1到10微米之間，最好小于5微米。在組分中的含量應(yīng)該在0.5-10%重量比，基于成品漿料組分的總重量，較優(yōu)化的少于6%重量比。這個(gè)含量能夠?yàn)闈{料組分提供適宜的粘合性和燒結(jié)性能。玻璃料可以選擇性包含一種或幾種添加劑，用于改善性能。玻璃添加劑的范例包括但不僅局限于=Al2O3, ZnO, Li2O, Ag2O, AgO, MoO3, TiO2, TeO2, CoO, Co2O3, Bi2O3, CeO2, CeF4, Si
O2,MgO, PbO, ZrO2, HfO2, In2O3, SnO2, P2O5, Ta2O5, B2O3, Ag3PO4, LiCoO2, LiNiO2, Ni3 (PO4) 2，NiO,以及磷酸鋰鹽。所選的玻璃料添加劑含量可以是0.1-10%重量比，每種組分可以是0.1-3%重量比。總玻璃料添加劑應(yīng)為0.1-10%重量比，較優(yōu)化的為0.1-5%重量比。有機(jī)載體有機(jī)載體或粘合劑不是決定性因素，可以是業(yè)界已知的或?qū)⒁邪l(fā)的此類(lèi)一般產(chǎn)品。例如，建議采用的有機(jī)載體含有樹(shù)脂、溶劑和調(diào)節(jié)劑，例如乙基纖維素粘合劑和松油醇溶劑。其他粘合劑包括但不僅局限于酚類(lèi)樹(shù)脂。其他溶劑包括但不僅局限于卡必醇、己基卡必醇、己醇、丁基卡必醇、卡必醇丁醚醋酸酯、己二酸二甲酯或乙二醇醚。依據(jù)業(yè)界共識(shí)，有機(jī)載體也可以含有表面活性劑和觸變劑。表面活性劑包括但不僅局限于聚氧乙烯、聚乙二醇、苯并三唑、聚乙二醇乙酯、月桂酸、十八烯酸、癸酸、肉豆蘧酸、亞油酸、硬脂酸、棕櫚酸、硬脂酸鹽、棕櫚酸鹽，及其混合物。業(yè)界廣知的觸變劑包括凝膠和有機(jī)質(zhì)，比如像蓖麻油這樣的天然化合物。也可以使用市面上供應(yīng)的觸變劑。有機(jī)載體在導(dǎo)電性漿料組分中的適宜含量是5-30% (重量比)，基于成品漿料組分的總重量，最好是少于20%重量比。金屬納米顆粒添加劑本發(fā)明所述納米顆粒添加劑含有導(dǎo)電的納米尺寸的金屬顆粒，其實(shí)例包括但不局限于鎳、鉻、鈷、鈦、鎳鉻鈷鈦的合金、這些金屬的硅化物，及其混合物。金屬或合金納米顆粒大小建議在5納米到2微米之間，更好是20納米到800納米之間，最好是20納米到500納米之間。納米顆粒(納米粉末)可以用已知常規(guī)工藝制取(例如,參考Kim, Soon-Gilet al “Colloids and film disposition of Ni nanoparticles for base metalelectrode applications鎳納米顆粒膠體與膜的處理在賤金屬電極上的應(yīng)用”，Colloidsand Surfaces A:Physiochem.Eng.Aspects, 337:96-101 (2009)，或是在市面上可以從多個(gè)來(lái)源獲取，例如美國(guó)元素(American Elements),美國(guó)納米控股(Applied NanotechHoldings, Inc.)和美國(guó)研究納米材料(U.S.Research Nanomaterials, Inc.)。較優(yōu)化的本導(dǎo)電性漿料組分中采用0.05-20% (重量比)的納米顆粒,更為優(yōu)化的采用0.05-10% (重量比)，最優(yōu)化的采用0.05-5% (重量比)。所有的重量比都基于成品漿料組分的總重量。金屬納米顆粒可以以金屬粉末、合金粉末、低化合價(jià)金屬硅化物粉末，例如Ni2SiXr5Si3、及其混合物形式存在。本發(fā)明涵蓋粉末狀和液態(tài)懸浮介質(zhì)的添加劑。在一個(gè)實(shí)施個(gè)例中，金屬納米顆粒懸浮在一種與導(dǎo)電性漿料的溶劑相同或者互溶的溶劑中。漿料組分中所選的金屬納米顆粒是為了與硅反應(yīng)，形成接觸電阻較低的金屬硅化合物，或是與含有Si3N4的抗反射層反應(yīng)，形成接觸電阻較低的金屬氮化物，從而降低與基片之間的接觸電阻，提高成品太陽(yáng)能電池的效率。本發(fā)明選用可以與硅反應(yīng)形成接觸電阻較低的金屬硅化合物，同時(shí)又不會(huì)在正常的快速熱處理金屬化工藝中毒化太陽(yáng)能電池的金屬元素。所選用的金屬、合金顆?；蚪饘俟杌锉仨毮茉诔Ｒ?guī)的漿料生產(chǎn)工藝(剪切混合、三輥研磨等等)中保持化學(xué)穩(wěn)定。這樣，在適當(dāng)?shù)臒Y(jié)工藝后，可以形成接觸電阻較低的金屬硅化合物或是金屬氮化物，生成具有更高效率(提高填充因子和降低接觸電阻)的太陽(yáng)能電池。本發(fā)明同樣涵蓋在導(dǎo)電性漿料中加入更多的添加劑。例如，除了上述的玻璃添加齊IJ之外，同樣可酌情加入增稠劑(增粘劑)、穩(wěn)定劑、分散劑等等化合物，或是單獨(dú)添加，或是組合加入。這些組分在業(yè)界廣為人知。如果需要的話，這些組分的具體分量可以通過(guò)常規(guī)測(cè)試，依據(jù)所需導(dǎo)電性漿料的性狀決定。該導(dǎo)電性漿料可以用工業(yè)界已知的或者即將研發(fā)的任何漿料制造方法制造。制造的方法并不具有決定意義。漿料的組分可以通過(guò)混合來(lái)形成均一的漿料，例如通過(guò)混合機(jī)，再通過(guò)三輥磨來(lái)完成。本發(fā)明的漿料可以用網(wǎng)格印刷等方法施用于基片的抗反射層，隨后燒結(jié)而構(gòu)成硅基片上的電極(電觸層)，從而制作太陽(yáng)能電池。這種制造方法在工業(yè)上廣為人知,例如在歐洲專(zhuān)利申請(qǐng)N0.1 713 093中即有描述。本發(fā)明的應(yīng)用范圍涵蓋了單晶硅基片和多晶硅基片。各種基片的太陽(yáng)能電池在使用了本發(fā)明的導(dǎo)電性漿料之后，均顯現(xiàn)出比相應(yīng)的使用傳統(tǒng)漿料的電池更低的接觸電阻和更高的轉(zhuǎn)換效率。使用了本發(fā)明的導(dǎo)電性漿料的太陽(yáng)能電池，如果使用更高的方塊電阻，其效率具有更明顯的提高。同時(shí)，使用了本發(fā)明的導(dǎo)電性漿料的太陽(yáng)能電池，如果使用更細(xì)的紋路，也展現(xiàn)出更加明顯的效率提升，因?yàn)榧?xì)紋路的總接觸電阻受接觸電阻率的影響更大。本發(fā)明也涵蓋使用兩層導(dǎo)電性漿料進(jìn)行雙重印制來(lái)制作太陽(yáng)能電池。該技術(shù)已在工業(yè)上使用。第一層施用于基片，使用本發(fā)明所述的含有金屬、合金和/或硅化物納米顆粒的導(dǎo)電性漿料。第二層漿料也可以含有金屬納米顆粒，也可以不含玻璃料和/或有機(jī)載體。在建議采用的實(shí)例之一里，第二層使用的是一種比第一層的本發(fā)明所述漿料導(dǎo)電性更好的漿料。目前已發(fā)現(xiàn)，第一層可以作為種子層，用于減低與基片之間的接觸電阻。第二層則可以側(cè)重于提高線路導(dǎo)電性。這樣的兩層太陽(yáng)能電池因?yàn)橥瑫r(shí)具有低接觸電阻和低線路電阻而很有吸引力。本發(fā)明將通過(guò)下列非限制性實(shí)例進(jìn)一步闡述。例1:使用70 Ω/ □多晶硅晶片制備的太陽(yáng)能電池導(dǎo)電性漿料(漿料I)通過(guò)組合以下成分(銀粉、玻璃料、玻璃添加劑和有機(jī)質(zhì))制作:市面已有的銀導(dǎo)電楽■料 S0L9235H,由 Heraeus Materials Technology LLC (ff.Conshohocken, PA)生產(chǎn)并在市面供應(yīng)；大約0.05-5% (重量比)的鎳納米顆粒(在此含鎳百分比范圍內(nèi)制備三種漿料)，以下玻璃添加劑中的至少一種=Al2O3, ZnO, Li2O, Ag2O, AgO, MoO3，TiO2, TeO2, CoO, Co2O3, Bi2O3, CeO2, CeF4, SiO2, MgO, PbO, ZrO2, HfO2, In2O3, SnO2, P2O5, Ta2O5, B2O
3,Ag3PO4, LiCoO2, LiNiO2, Ni3(PO4)2, NiO,以及磷酸鋰鹽。粉末鎳的d50居于20納米到500納米之間。鎳的重量百分比基于成品漿料的總重量。I示例含有大約85% (重量比)銀顆粒，大約4-5% (重量比)玻璃料，大約8% (重量t匕)有機(jī)載體，大約2% (重量比)玻璃添加劑，以及大約0.5% (重量比)鎳納米顆粒(稱(chēng)為“漿料1A”)。另外兩個(gè)漿料示例中，漿料I含有同樣分量的銀顆粒、玻璃料、有機(jī)載體和玻璃添加劑。但是一個(gè)示例含有大約0.2% (重量比)鎳納米顆粒，另一個(gè)示例含有大約0.7% (重量比)鎳納米顆粒。太陽(yáng)能電池由以下方法制備:在一個(gè)已經(jīng)可以進(jìn)行金屬化的膜電阻為70 Ω / □ (me)的P型多晶硅晶片背面，印制鋁漿料RuXing 8252X并在175°C干燥。漿料IA印制在晶片的正面，并在150°C干燥。電池隨后在Despatch Ultra Flex爐中在700°C共燒
3.5秒。用以上方法使用三份此漿料制備同樣的3件6英寸太陽(yáng)能電池。另外，使用市面上供應(yīng)的不含有鎳添加劑的漿料，用同樣的多晶太陽(yáng)能硅晶片制造三件同樣的對(duì)照太陽(yáng)能電池(對(duì)照電池I)。制成的太陽(yáng)能電池使用伏安特性測(cè)試儀測(cè)試。伏安特性測(cè)試儀中的弧光氙燈模擬特定強(qiáng)度的太陽(yáng)光照射太陽(yáng)能電池的正面，產(chǎn)生伏安特性曲線。由此曲線可以獲取一系列用于電氣性能比較的參數(shù)，包括短路電流密度(Jsc)，短路電流(Isc)，開(kāi)路電壓(Voc)，填充因子(FF)，分流電阻(Rsh)，串聯(lián)電阻(Rs)，以及效率Eta。三件用漿料IA制備的電池的平均電氣性能和對(duì)照電池I的電氣性能進(jìn)行對(duì)比。用對(duì)照電池測(cè)量值歸一化 的測(cè)量結(jié)果列于表I。結(jié)果顯示，含有鎳納米顆粒的漿料在填充因子上具有明顯的提高，與對(duì)照漿料對(duì)比，效率得到提升。表1.對(duì)照電池I和漿料IA的電氣性能對(duì)比
權(quán)利要求
1.導(dǎo)電性漿料組分，包括 (a)銀顆粒 (b)玻璃料 (C)導(dǎo)電性金屬，合金或金屬硅化物納米顆粒，其顆粒大小在5納米到2微米之間 (d)有機(jī)載體。
2.基于權(quán)利要求1的組分，其中納米顆粒含有以下成分中的至少一種:鎳，鉻，鈷，鈦，合金，硅化物，及其混合物。
3.基于前述任何權(quán)利要求的組分，含有大約40-95%銀顆粒，大約0.5-6%玻璃料，大約0.05-20% (重量)的金屬納米顆粒，大約5-30%有機(jī)載體。所有的百分比均為重量比，基于組分的總重量。
4.基于前述任何權(quán)利要求的組分,其中的納米顆粒尺寸在20納米到800納米之間。
5.基于前述任何權(quán)利要求的組分，其中的納米顆粒尺寸在20納米到500納米之間。
6.基于前述任何權(quán)利要求的組分,其中的納米顆粒占組分總重量的大約0.05-20%重量比。
7.基于前述任何權(quán)利要求的組分,其中的納米顆粒占組分總重量的大約0.05-10%重量比。
8.基于前述任何權(quán)利要求的組分，其中的納米顆粒占組分總重量的大約0.05-5%重量比。
9.基于前述任何權(quán)利要求的組分，其中含以下添加劑中的至少一種:A1203，ZnO，Li2O,Ag20，AgOj MoO3j TiO2, TeO2, CoOj Co2O3, Bi2O3, CeO2, CeF4, SiO2, MgOj PbOj ZrO2, HfO2, In2O3, SnO2, P205，Ta2O5, B2O3, Ag3PO4, LiCoO2, LiNiO2, Ni3(PO4)2, NiO,或磷酸鋰鹽。占大約 0.1-3% 重量比。
10.太陽(yáng)能電池電極，通過(guò)在基片上施以導(dǎo)電性漿料組分并燒結(jié)來(lái)形成電極。此導(dǎo)電性衆(zhòng)料組分包括: (a)銀顆粒 (b)玻璃料 (C)導(dǎo)電性金屬，合金或金屬硅化物納米顆粒，其顆粒大小在5納米到2微米之間 (d)有機(jī)載體。
11.基于權(quán)利要求10的太陽(yáng)能電池電極，其中納米顆粒含有以下成分中的至少一種:鎳，鉻，鈷，鈦，合金，硅化物，及其混合物。
12.基于前述權(quán)利要求10-11的太陽(yáng)能電池電極，其中的納米顆粒尺寸在20納米到800納米之間。
13.基于前述權(quán)利要求10-12的太陽(yáng)能電池電極，其中的納米顆粒尺寸在20納米到500納米之間。
14.基于前述權(quán)利要求10-13的太陽(yáng)能電池電極，其中組分中的納米顆粒占組分總重量的大約0.05-20%重量比。
15.基于前述權(quán)利要求10-14的太陽(yáng)能電池電極，其中的納米顆粒占組分總重量的大約0.05-10%重量比。
16.基于前述權(quán)利要求10-15的太陽(yáng)能電池電極，其中的納米顆粒占組分總重量的大約0.05-5%重量比。
17.基于前述權(quán)利要求10-16的太陽(yáng)能電池電極，其中的導(dǎo)電性漿料含以下添加劑中的至少一種:A1203, ZnO, Li2O, Ag2O, AgO, MoO3, TiO2, TeO2, CoO, Co2O3, Bi2O3, CeO2, CeF4, SiO2, MgO, PbO, ZrO2, HfO2, In2O3, SnO2, P2O5, Ta2O5, B2O3, Ag3PO4, LiCoO2, LiNiO2, Ni3 (PO4) 2，NiO,或磷酸鋰鹽。占大約0.1-3%重量比。
18.太陽(yáng)能電池電極，通過(guò)在基片上施以第一層導(dǎo)電性漿料組分并干燥，再在第一層漿料上施以第二層導(dǎo)電性漿料組分，然后燒結(jié)兩層漿料來(lái)形成電極。該第一層導(dǎo)電性漿料組分包括: (a)銀顆粒 (b)玻璃料 (C)導(dǎo)電性金屬，合金或金屬硅化物納米顆粒，其顆粒大小在5納米到2微米之間 (d)有機(jī)載體 并且第二層漿料可以與第一層漿料相同或者不同。
19.基于權(quán)利要求18的太陽(yáng)能電池電極，其中納米顆粒含有以下成分中的至少一種:鎳，鉻，鈷，鈦，合金，硅化物，及其混合物。
20.生產(chǎn)太陽(yáng)能電池電極的一種方法，在基片上施以一層導(dǎo)電性漿料組分并燒結(jié)漿料來(lái)形成電極。該第一層導(dǎo)電性漿料組分包括: (a)銀顆粒` (b)玻璃料 (C)導(dǎo)電性金屬，合金或金屬硅化物納米顆粒，其顆粒大小在5納米到2微米之間 (d)有機(jī)載體。
21.基于權(quán)利要求20的方法，其中納米顆粒含有以下成分中的至少一種:鎳，鉻，鈷，鈦，合金，硅化物，及其混合物。
22.基于權(quán)利要求20-21的方法,進(jìn)一步在第一層導(dǎo)電性衆(zhòng)料組分上再施用一層導(dǎo)電性漿料組分。
全文摘要
本發(fā)明涉及含有金屬納米顆粒的導(dǎo)電性漿料成分。導(dǎo)電性漿料組分，尤其適用于太陽(yáng)能電池，含有銀顆粒，玻璃料，有機(jī)載體，和納米顆粒添加劑。添加劑含有導(dǎo)電性金屬，金屬合金，和/或金屬硅化物納米顆粒，例如鎳，鉻，鈷，鈦，合金，硅化物，及其混合物。當(dāng)用于太陽(yáng)能電池的電觸層時(shí)，該漿料在漿料和基片之間具有較低的接觸電阻，從而提高太陽(yáng)能電池的效率。
文檔編號(hào)H01B1/16GK103151094SQ20121041420
公開(kāi)日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2012年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月25日
發(fā)明者C·陳, W·張, T·郭 申請(qǐng)人:赫勞斯貴金屬北美康舍霍肯有限責(zé)任公司