1.本發(fā)明涉及用于印刷具有一個或多個鈍化層的n-型光伏太陽能電池裝備的表面的導(dǎo)電漿料，尤其是涉及一種含有金硅合金的太陽能電池導(dǎo)電漿料及應(yīng)用，具體涉及一種含有金合金作為第二金屬的導(dǎo)電漿料，導(dǎo)電漿料包括第一金屬，第二金屬，有機(jī)載體，以及無機(jī)氧化物，屬于導(dǎo)電漿料領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

2.常規(guī)的n型(包括n-型topcon，n-型pert，ibc等)太陽能電池的正面為p+摻雜層，基體為n型硅，而背面為n+摻雜層，該電池金屬化一般采用雙面h型金屬柵線結(jié)構(gòu)，p+面印刷摻鋁銀漿，n+面印刷銀漿。在太陽光照射到n型電池的時候，n型電池背面為負(fù)極，正面為正極。當(dāng)光子入射到半導(dǎo)體的p-n結(jié)的時候，會激發(fā)電子-空穴對載流子的產(chǎn)生。這些電子空穴對載流子在p-n結(jié)所產(chǎn)生的電場下遷移，并通過電池表面的電極網(wǎng)絡(luò)收集，流向外部電路。大多數(shù)太陽能電池的硅晶片表面有一次或多層鈍化層，導(dǎo)電漿料通過絲網(wǎng)印刷涂敷在硅晶片表面的鈍化層上。在導(dǎo)電漿料燒結(jié)以后，穿透此鈍化層，在太陽能電池表面形成導(dǎo)電電極，導(dǎo)通硅晶片和電池的表面電極網(wǎng)絡(luò)。

3.為了降低金屬電極和n-型太陽能電池硅片正面p+參雜的電阻，n-型漿料在銀漿中加入了0.5％～3％al粉或al-ag合金，例如專利cn105190780b。al粉和電池硅片在577℃形成共晶結(jié)構(gòu)。該共晶結(jié)構(gòu)有助于降低金屬電極和硅片之間的接觸電阻，提高n-型太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。除了al粉作為第二金屬外，cn104795127a使用了金粉、銅粉、鎂粉中的一種或幾種組合的作為第二金屬。cn102687205b和cn104795127a中提出過使用金粉作為導(dǎo)電漿料中的第二金屬。但是這類金屬作為第二金屬容易出現(xiàn)以下問題：如果添加al粉，長期使用的情況下al粉易被氧化，而氧化鋁是電阻很高的絕緣體，從而導(dǎo)致太陽能電池串聯(lián)電阻增加。如果單獨添加金粉，由于金粉的熔點過高(1064.4℃)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于太陽能電池的740℃～800℃燒結(jié)溫度，因此金粉在燒結(jié)過程中不會熔化，只有在碰巧在停留在金屬和硅片界面的極少量金粉才有機(jī)會接觸到硅片，與硅片共晶熔化。共晶熔化可以顯著降低銀電極和硅片之間的接觸電阻，因此直接使用金粉對于降低接觸電阻作用有限，并未達(dá)到理想的大幅降低接觸電阻的情況。

4.因此，需要尋找一種合適的第二金屬組成以及對應(yīng)的導(dǎo)電漿料以解決上述問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

5.為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種含有金硅合金的太陽能電池導(dǎo)電漿料，主要用于n型太陽能電池，本發(fā)明的n-型導(dǎo)電漿料中第二金屬使用金-硅合金或含有金-硅的三元，及三元以上合金，本發(fā)明獲得的導(dǎo)電漿料中金硅合金的共晶點是363℃。當(dāng)金硅合金加熱到363℃，部分合金或是全部合金會熔化，流動到金屬和硅片的界面，與硅片進(jìn)一步共晶熔化，為金屬層和硅片之間建立歐姆接觸，有利于提高光電轉(zhuǎn)換效率。

6.具體的，本發(fā)明首先提供了一種含有金硅合金的太陽能電池導(dǎo)電漿料，基于所述

導(dǎo)電漿料的重量，包括80％～90％的第一金屬和第二金屬的組合物；玻璃料0.1～10％，和余量有機(jī)載體。

7.在一種實施方式中，所述第一金屬為銀、銅、鎳、鋁中的任一種或幾種，第一金屬優(yōu)選為銀。

8.在一種實施方式中，所述第二金屬為金-硅合金或含有金-硅的三元及三元以上合金，比如金-硅-mx合金，其中mx選自鉑，銠，釕，鈀，銀，銅，鋁，鎂中的一種或幾種，其中，第二金屬優(yōu)選為金-硅合金。

9.在一種實施方式中，所述第二金屬中金和硅的重量比例為99.99:0.01～10:90，最佳比例為金:硅＝97:3，降低或提高硅的比例，金硅合金的熔點都會逐步升高。

10.在一種實施方式中，第二金屬金硅合金的用量優(yōu)選基于所述導(dǎo)電漿料的重量0.001％～10％，優(yōu)選為0.01％～0.2％，更優(yōu)選為0.1％～0.2％。

11.在一種實施方式中，所述玻璃料的含量優(yōu)選為0.5％～5％，所述有機(jī)載體的含量優(yōu)選為5％～15％。

12.在一種實施方式中，所述有機(jī)載體是基于一種或多種溶劑，優(yōu)選有機(jī)溶劑的溶液、乳液或分散體，其確保導(dǎo)電漿料的成分以溶解、乳化或分散的形式存在。優(yōu)選的有機(jī)載體是在導(dǎo)電漿料內(nèi)提供最佳成分穩(wěn)定性并賦予導(dǎo)電漿料粘度以允許有效的行印刷性的那些物質(zhì)。

13.在一種實施方式中，所述有機(jī)載體包括有機(jī)粘結(jié)劑、有機(jī)溶劑、觸變劑、表面活性劑等。所述粘合劑選自乙基纖維素、聚丙烯酸、酚醛樹脂、聚乙烯醇縮丁醛、聚乙烯樹脂、聚氨酯樹脂、聚酯樹脂、聚碳酸酯、松香衍生物及其任意組合中的一種或多種。所述有機(jī)溶劑選自卡必醇、萜品醇、己基卡必醇、丁基卡必醇乙酸酯、己二酸二甲酯二醇醚、丁基卡必醇及其任何組合及其任意組合等。所述觸變劑選自蓖麻油衍生物、聚酰胺、聚酰胺衍生物、熱解法二氧化硅、羧酸衍生物、脂肪酸衍生物及其任何組合及其任意組合等。所述表面活性劑選自聚氧化乙烯、苯并三唑、聚乙二醇、牛脂二胺二油酸鹽、聚(乙二醇)乙酸、亞油酸、硬脂酸、月桂酸、油酸、癸酸、肉豆蔻酸、棕櫚酸、硬脂酸鹽、棕櫚酸脂及其任意組合。

14.在一種實施方式中，第二金屬中金硅合金的共晶點是363℃，當(dāng)金硅合金加熱到363℃，部分合金或是全部合金會熔化，流動到金屬和硅片的界面，與硅片進(jìn)一步共晶熔化，為金屬層和硅片之間建立歐姆接觸。金硅合金相比al作為第二金屬，在太陽能電池的長期使用過程中，金不會像鋁一樣被氧化，因此，不會增大串聯(lián)電阻，且金硅合金熔化點是363℃，其遠(yuǎn)低于硅和鋁的共晶溫度，因此，有利于降低銀電極和硅片之間的接觸電阻。

15.在一種實施方式中，所述第二金屬通過真空熔煉技術(shù)制備得到。

16.在一種實施方式中，所述第二金屬具體通過以下方法制備得到，按照配方將不同的金屬混合，之后混合后的金屬放入熔煉裝置中，抽真空后加熱至1100℃，保持30分鐘，然后冷卻后研磨至平均粒徑1μm以下。

17.本發(fā)明還提供了上述導(dǎo)電漿料的制備方法，所述方法包括：將有機(jī)載體混合，在50～60℃下以高剪切力攪拌1～2小時，再將玻璃粉末、第一金屬粉和第二金屬粉加入上述混合物，充分?jǐn)嚢韬笮纬苫旌衔?，用三輥研磨機(jī)反復(fù)輾壓此糊劑組合物，研磨成導(dǎo)電漿料即可。

18.本發(fā)明還提供了一種太陽能電池器件，所述太陽能電池器件包含上述導(dǎo)電漿料。

19.在一種實施方式中，所述太陽能電池優(yōu)選為太陽能n-型電池，包括但不局限于n-型topcon，n-型pert，或ibc電池。

20.本發(fā)明還提供了上述導(dǎo)電漿料在太陽能利用領(lǐng)域的應(yīng)用。

21.與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)勢：

22.本發(fā)明的導(dǎo)電漿料中第二金屬使用金-硅合金或含有金-硅的三元，及三元以上合金，得到的合金的熔點低，例如金硅合金的共熔點為363℃，當(dāng)金硅合金加熱到363℃，部分合金或是全部合金會熔化，流動到金屬和硅片的界面，與硅片進(jìn)一步共晶熔化，為金屬層和硅片之間建立歐姆接觸，從而有利于降低電阻。

23.相較于現(xiàn)有的鋁粉或者鋁粉與其他金屬粉末而言，本發(fā)明的第二金屬不含鋁，因而長期使用過程中不易被氧化，從而不會產(chǎn)生電阻值很大的氧化鋁。其中，本發(fā)明的第二金屬的存在會明顯提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率、降低串聯(lián)電阻。

具體實施方式

24.實施例1

25.(1)利用真空熔煉技術(shù)制備得到金硅合金：

26.將高純度金與高純度硅按照表1配方配制組成。將金和硅放入單側(cè)開口的石英管內(nèi)。使用渦輪分子泵將石英管真空抽到1×10-5torr以下。然后通入氬氣再抽真空，進(jìn)一步降低石英管內(nèi)氧氣含量。將石英管加熱到1100℃，保持30分鐘，其中適度搖晃石英管。然后冷卻至室溫。將得到的金硅合金使用行星磨磨至1μm以下。

27.表1中的a5所示的金錫合金粉體制備使用相同方法，但是金錫合金不需要抽真空，可以直接在空氣中加熱至450℃，保持30分鐘即可。

28.表1金硅合金中金和硅的比例

29.重量％a1a2a3a4a5si1.9％3％6％24％—au98.1％97％94％76％90％sn————10％

30.(2)制備導(dǎo)電漿料：

31.將有機(jī)粘結(jié)劑、有機(jī)助劑和有機(jī)溶劑混合，在50～60℃下以高剪切力攪拌1～2小時。將玻璃粉末、銀粉和金硅合金粉加入上述混合物，組成和比例見下表2，充分?jǐn)嚢韬笮纬苫旌衔?。用三輥研磨機(jī)反復(fù)輾壓此糊劑組合物，研磨成導(dǎo)電漿料。

32.通過絲網(wǎng)印刷技術(shù)，將導(dǎo)電漿料印刷到n型硅片基板上。將電池片在紅外干燥爐中干燥，隨后通過帶式燒成爐中，于700～800℃下燒結(jié)。燒結(jié)后冷卻，形成電池。使用iv測試儀測試電池效率(eta)、開路電壓(voc)、串聯(lián)電阻(rser)。

33.表2導(dǎo)電漿料的組成及測試結(jié)果

[0034][0035][0036]

開路電壓(voc)是太陽能電池在電流為0的時候的電壓，也是電池可以提供的最大電壓，開路電壓主要由電池的pn節(jié)和電池表面的鈍化層質(zhì)量決定的，金屬化過程會對pn節(jié)和鈍化層有所破壞，因此降低開路電壓。好的導(dǎo)電漿料在金屬化過程中，要盡可能的減少對pn節(jié)和鈍化層的破壞。

[0037]

串聯(lián)電阻(rser)是太陽能電池的三個部分電阻串聯(lián)而成，包括(1)電池的基極和發(fā)射極的電阻，(2)金屬電極和硅之間的接觸電阻，以及(3)正面、背面的金屬電極的電阻。本發(fā)明中，串聯(lián)電阻的不同之處主要是由金屬和硅之間的接觸電阻差異造成的。接觸電阻較低的電池，其串聯(lián)電阻也較低。

[0038]

從表2可知，導(dǎo)電漿料b1無添加任何第二金屬，b2第二金屬為鋁粉，b3第二金屬為金粉。從電池效率、開路電壓以及串聯(lián)電阻的比較可以看出，作為第二金屬，金粉優(yōu)于鋁粉，而鋁粉優(yōu)于無第二金屬的組合。b4～b7添加同樣量的金硅合金a1～a4作為第二金屬粉，通過性能數(shù)據(jù)的比較可知，金硅合金的效果好過金粉，由金硅合金作為第二金屬獲得的太陽能的電池效率和開路電壓更高，且串聯(lián)電阻也明顯降低。在四種金硅合金粉中，同樣用量下，金硅合金a2作為第二金屬的效果最優(yōu)。因此，最優(yōu)選金硅合金a2作為第二金屬。

[0039]

導(dǎo)電漿料b8～b10均添加a2為第二金屬，添加量從0.01％增加到0.5％。從光電轉(zhuǎn)換效率來看，添加更多的a2，效率越高。由于金硅粉的成本較高，本發(fā)明沒有測試更高的金硅粉比例。因此，a2作為第二金屬添加的比例優(yōu)選為0.01％～0.5％，更優(yōu)選為0.1％～0.2％。

[0040]

導(dǎo)電漿料b11添加a5金錫合金為第二金屬，a5金錫合金的共晶熔化溫度是217℃，

低于燒結(jié)溫度。當(dāng)a5的添加量為0.1％時，獲得的太陽能電池的光電效率22.35％，并未超過金硅合金a1～a4作為第二金屬的光電轉(zhuǎn)換效率，甚至低于單獨金粉作為第二金屬的電池，主要原因可能是sn元素與電池的硅不能形成良好的sn-si合金有關(guān)，最終導(dǎo)致電池效率增加不明顯。

[0041]

此外，當(dāng)實施例中選擇本發(fā)明所述的其他組成時，例如選擇其他的其他有機(jī)載體或者第一金屬時，也均能夠發(fā)現(xiàn)，當(dāng)采用金-硅合金或含有金-硅的三元及三元以上合金作為第二金屬時制備得到的導(dǎo)電漿料用于太陽能電池時，能夠明顯降低采用金屬鋁或金屬金作為第二金屬的太陽能電池的串聯(lián)電阻以及明顯提高電池效率。

[0042]

雖然本發(fā)明已以較佳實施例公開如上，但其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉此技術(shù)的人，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可做各種的改動與修飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書所界定的為準(zhǔn)。技術(shù)特征：

1.一種含有金硅合金的太陽能電池導(dǎo)電漿料，其特征在于，基于所述導(dǎo)電漿料的重量，包括80％～90％的第一金屬和第二金屬的組合物；玻璃料0.1～10％，和余量有機(jī)載體；其中，所述第一金屬為銀、銅、鎳、鋁中的任一種或幾種，所述第二金屬為金-硅合金或含有金-硅的三元及三元以上合金。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含有金硅合金的太陽能電池導(dǎo)電漿料，其特征在于，所述含有金-硅的三元及三元以上合金，即金-硅-mx合金，其中mx選自鉑，銠，釕，鈀，銀，銅，鋁，鎂中的一種或幾種。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含有金硅合金的太陽能電池導(dǎo)電漿料，其特征在于，所述第二金屬中金和硅的重量比例為99.99:0.01～10:90。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種含有金硅合金的太陽能電池導(dǎo)電漿料，其特征在于，所述第二金屬中金和硅的重量比例為金:硅＝97:3。5.根據(jù)權(quán)利要求1～4任一項所述的一種含有金硅合金的太陽能電池導(dǎo)電漿料，其特征在于，所述第一金屬為銀。6.根據(jù)權(quán)利要求1～4任一項所述的一種含有金硅合金的太陽能電池導(dǎo)電漿料，其特征在于，第二金屬金硅合金的用量為基于所述導(dǎo)電漿料的重量0.001％～10％，優(yōu)選為0.01％～0.2％。7.根據(jù)權(quán)利要求1～6任一項所述的一種含有金硅合金的太陽能電池導(dǎo)電漿料，其特征在于，所述第二金屬通過真空熔煉技術(shù)制備得到。8.一種太陽能電池器件，其特征在于，所述太陽能電池器件包含權(quán)利要求1～7任一項所述的含有金硅合金的太陽能電池導(dǎo)電漿料。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種太陽能電池器件，其特征在于，所述太陽能電池為太陽能n-型電池，包括n-型topcon，n-型pert或ibc電池。10.權(quán)利要求1～7任一項所述的一種含有金硅合金的太陽能電池導(dǎo)電漿料或權(quán)利要求8或9所述的一種太陽能電池器件在太陽能利用領(lǐng)域的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明公開了一種含有金硅合金的太陽能電池導(dǎo)電漿料及應(yīng)用，屬于導(dǎo)電漿料領(lǐng)域?；趯?dǎo)電漿料的重量，所述含有金硅合金的太陽能電池導(dǎo)電漿料包括80％～90％的第一金屬和第二金屬的組合物；玻璃料0.1～10％，和余量有機(jī)載體；其中，所述第一金屬為銀、銅、鎳、鋁中的任一種或幾種，所述第二金屬為金-硅合金或含有金-硅的三元及三元以上合金。本發(fā)明的金硅合金的共熔點為363℃，當(dāng)金硅合金加熱到363℃，部分合金或是全部合金會熔化，流動到金屬和硅片的界面，與硅片進(jìn)一步共晶熔化，為金屬層和硅片之間建立歐姆接觸，從而有利于降低電阻。從而有利于降低電阻。

技術(shù)研發(fā)人員：田銳

受保護(hù)的技術(shù)使用者：江蘇日御光伏新材料科技有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2022.02.17

技術(shù)公布日：2022/5/17