组合物及由其形成的导体

申请号 CN201280069631.8 申请日 2012-12-13 公开(公告)号 CN104115236B 公开(公告)日 2017-12-19
申请人 道康宁公司; 发明人 卡罗琳·布罗德; P·M·舍瓦利耶; 尼古拉斯·E·鲍威尔; 阿德里安娜·佩特科娃·赞姆博娃;
摘要 本 发明 涉及一种组合物,所述组合物包含 金属粉末 。所述组合物还包含熔融 温度 低于所述金属粉末的熔融温度的 焊料 粉末。所述组合物还包含 聚合物 以及与所述聚合物不同的羧化聚合物。所述羧化聚合物可用于 助熔 所述金属粉末并使所述聚合物交联。所述组合物还包含二 羧酸 和单羧酸。所述酸可用于助熔所述金属粉末。所述组合物可用于形成导体。所述导体可用于 电流 输送和/或电连接。本发明涉及一种制品,所述制品包括 基板 和设置在所述基板上并与之电 接触 的导体。所述制品可用于多种应用,诸如用于将许多不同 波长 的光转 化成 电流。此类制品的例子包括光伏(PV) 电池 和 电路 板。
权利要求

1.一种组合物,包含:
金属粉末,所述金属粉末包含
熔融温度低于所述金属粉末的熔融温度的焊料粉末;
聚合物,所述聚合物包含环树脂
与所述聚合物不同的用于助熔所述金属粉末并使所述聚合物交联的羧化聚合物,其中所述聚合物和所述羧化聚合物一起按所述组合物的总重量计以2.5重量%至10重量%的量存在;
用于助熔所述金属粉末的二羧酸,其中所述二羧酸按所述组合物的总重量计以0.05重量%至1重量%的量存在;
用于助熔所述金属粉末的单羧酸,其中所述单羧酸按所述组合物的总重量计以0.25重量%至1.25重量%的量存在;和
粘附促进剂或消泡剂;
其中酸性基团与环氧基团的比率为至少3:1。
2.根据权利要求1所述的组合物,其中所述焊料粉末具有不大于300℃的熔融温度。
3.根据权利要求1所述的组合物,其中所述焊料粉末包含至少一种合金以及不大于
0.5重量%的:
i)汞、镉和/或铬;和/或
ii)铅。
4.根据权利要求1所述的组合物,其中所述羧化聚合物包含丙烯酸聚合物。
5.根据权利要求1所述的组合物,其中所述羧化聚合物包含苯乙烯-丙烯酸共聚物。
6.根据权利要求1所述的组合物,其中所述焊料粉末包含锡-铋合金、锡-合金或它们的组合中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的组合物,还包含包括溶剂的添加剂。
8.根据权利要求1所述的组合物,其中所述二羧酸为十二烷二酸。
9.根据权利要求1所述的组合物,其中所述单羧酸为新癸酸。
10.根据权利要求1所述的组合物,其中:
i)所述金属和焊料粉末一起按所述组合物的总重量计以50重量%至95重量%的量存在;
ii)所述金属按所述组合物的总重量计以35重量%至85重量%的量存在;和/或iii)所述焊料粉末按所述组合物的总重量计以25重量%至75重量%的任意量存在。
11.根据权利要求1所述的组合物,其中:
i)所述聚合物按所述组合物的总重量计以0.5重量%至5重量%的量存在;和/或ii)所述羧化聚合物按所述组合物的总重量计以1重量%至7.5重量%的量存在。
12.根据权利要求1所述的组合物,其中所述组合物包含包括烷、酸酯或它们的组合的粘附促进剂。
13.根据权利要求1所述的组合物,其中所述聚合物和所述羧化聚合物的重量比为聚合物:羧化聚合物=1:1至1:3。
14.一种导体,所述导体由根据权利要求1所述的组合物形成。
15.一种用于将许多不同波长的光转化成电流的制品,包括:
i)基板;和
ii)设置在所述i)基板上并与之电接触以输送电流的导体,所述ii)
导体由包含以下成分的组合物形成:
金属粉末,所述金属粉末包含铜,
熔融温度低于所述金属粉末的熔融温度的焊料粉末,
聚合物,所述聚合物包含环氧树脂
与所述聚合物不同的用于助熔所述金属粉末并使所述聚合物交联的羧化聚合物,其中所述聚合物和所述羧化聚合物一起按所述组合物的总重量计以2.5重量%至10重量%的量存在,
用于助熔所述金属粉末的二羧酸,其中所述二羧酸按所述组合物的总重量计以0.05重量%至1重量%的量存在,以及
用于助熔所述金属粉末的单羧酸,其中所述单羧酸按所述组合物的总重量计以0.25重量%至1.25重量%的量存在,
其中酸性基团与环氧基团的比率为至少3:1。
16.根据权利要求15所述的制品,其中所述基板:
i)为导电的;
ii)包含、银或它们的组合;
iii)为电介质
iv)包含硅;
v)包含可焊接的金属;或
vi)包含不可焊接的金属。
17.根据权利要求15或16所述的制品,进一步限定为光伏电池
18.一种电路板,包括:
i)基板;和
ii)设置在所述i)基板上并与之电接触以输送电流的导体,所述ii)
导体由包含以下成分的组合物形成:
金属粉末,所述金属粉末包含铜,
熔融温度低于所述金属粉末的熔融温度的焊料粉末,
聚合物,所述聚合物包含环氧树脂,
与所述聚合物不同的用于助熔所述金属粉末并使所述聚合物交联的羧化聚合物,其中所述聚合物和所述羧化聚合物一起按所述组合物的总重量计以2.5重量%至10重量%的量存在,
用于助熔所述金属粉末的二羧酸,其中所述二羧酸按所述组合物的总重量计以0.05重量%至1重量%的量存在,以及
用于助熔所述金属粉末的单羧酸,其中所述单羧酸按所述组合物的总重量计以0.25重量%至1.25重量%的量存在,
其中酸性基团与环氧基团的比率为至少3:1。

说明书全文

组合物及由其形成的导体

[0001] 相关专利申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2011年12月13日提交的系列号为No.61/569,959的美国临时专利申请的权益,该临时专利申请以引用方式整体并入本文。

技术领域

[0003] 本发明整体涉及组合物,更具体地讲涉及组合物并涉及由所述组合物形成的导体。

背景技术

[0004] 前表面和后表面金属化是使得能收集和传输载流子的光伏(PV)电池的重要方面。在正面PV电池构造中,金属化通常为隔栅的形式,其包括连接到较宽母线的导电材料的窄线或“指状物”。将互联条(tabbing)(例如,带状物)焊接到母线以将多个PV电池连接在一起(例如,串联)。通常,使用包含(Ag)作为主要组分的糊剂形成隔栅,因为银具有优异的导电性。在背面PV电池构造中,金属化通常为电极的形式(例如,层),其通常包括由Ag形成的触点。触点穿过后部层而设置。触点可以为母线或极板的形式。
[0005] 依赖于Ag的金属化通常也用于其他应用,诸如用于电路板或需要导电材料以进行电流输送和/或电连接的其他应用。遗憾的是,这种金属化因依赖于Ag而占了总体制造成本的大部分。因此,仍有机会提供适于在多种应用中的电流输送和/或电连接的改进的组合物及由其形成的导体。

发明内容

[0006] 本发明以供一种包含金属粉末的组合物。该组合物还包含熔融温度低于金属粉末的熔融温度的焊料粉末。该组合物还包含聚合物以及与所述聚合物不同的羧化聚合物。所述羧化聚合物可用于助熔金属粉末并使所述聚合物交联。该组合物还包含用于助熔金属粉末的二羧酸和单羧酸。该组合物可用于形成导体。该导体可用于电流输送和/或电连接。因此,该导体可用于多种应用,诸如被构造成母线、接触极板、电极等。
[0007] 本发明还提供包括由本发明的组合物形成的导体的制品。该制品包括基板和设置在所述基板上并与之电接触的导体。该制品可用于多种应用,诸如用于将许多不同波长的光转化成电流。附图说明
[0008] 参考下文的“具体实施方式”并结合附图可更好地理解本发明,从而更容易地认识本发明,附图中:
[0009] 图1是示意图,示出了在导体形成过程中组合物的聚合物固化和焊料回流;
[0010] 图2是在形成导体后组合物的放大横截面侧视图,示出了固化后的聚合物、回流后的焊料、金属粒子以及焊料与金属粒子之间的金属间层;
[0011] 图3A是PV电池的实施例的前视图,该电池包括底部基板、钝化层、指状物和一对母线;
[0012] 图3B是PV电池的实施例的后视图,该电池包括底部基板、第一电极和三组被构造成接触极板的第二电极;
[0013] 图4是沿着图3A的线4-4截取的部分横截面侧视图,示出了底部基板的上部掺杂区、钝化层、指状物和一条母线;
[0014] 图5是PV电池的实施例的横截面侧视图,示出了底部基板的上部和后部掺杂区、钝化层、指状物、母线、第一电极和一对第二电极;
[0015] 图6是沿着图3B的线6-6截取的部分横截面侧视图,示出了底部基板的后部掺杂区、第一电极和第二电极;
[0016] 图7是PV电池的实施例的部分横截面侧视图,示出了底部基板的后部掺杂区、第一电极的格栅或阵列、钝化层和第二电极;
[0017] 图8是PV电池的实施例的部分横截面侧视图,示出了底部基板的后部掺杂区、具有局部触点的第一电极、钝化层和第二电极;
[0018] 图9是PV电池的实施例的部分横截面侧视图,示出了具有局部后部掺杂区的底部基板、具有局部触点的第一电极、钝化层和第二电极;
[0019] 图10是PV电池的实施例的部分横截面透视图,示出了底部基板的上部和后部掺杂区、钝化层、指状物、第一电极、一对母线和一对第二电极;
[0020] 图11是图10的PV电池和一对汇流带,其中一条汇流带设置在PV电池的母线之一上;
[0021] 图12是PV电池的实施例的示意性前视图,该电池包括钝化层、不连续的指状物和母线;
[0022] 图13是PV电池的实施例的示意性前视图,该电池包括钝化层、不连续的指状物、补充性指状物和母线;
[0023] 图14是PV电池的实施例的示意性前视图,该电池包括钝化层、指状物、母线和补充性母线极板;
[0024] 图15是PV电池的实施例的示意性前视图,该电池包括钝化层、指状物、一对母线和补充性母线;
[0025] 图16是PV电池的实施例的示意性前视图,该电池包括钝化层、具有极板的指状物和母线;
[0026] 图17是PV电池的实施例的示意性前视图,该电池包括钝化层、具有中空极板的指状物和母线;
[0027] 图18是PV电池的实施例的示意性前视图,该电池包括钝化层、不连续的指状物、补充性指状物和母线;
[0028] 图19A是PV电池的实施例的示意性后视图,该电池包括底部基板、限定孔的第一电极以及设置在第一电极上方并经由孔与底部基板接触的第二电极;
[0029] 图19B是图19A的PV电池的示意性侧视图;
[0030] 图20A是PV电池的实施例的示意性后视图,该电池包括底部基板、限定多个孔的第一电极以及设置在第一电极上方并经由孔与底部基板接触的第二电极;
[0031] 图20B是图20A的PV电池的示意性侧视图;
[0032] 图21是PV电池的实施例的示意性后视图,该电池包括底部基板、交指式指状物和一对母线;
[0033] 图22是散点图,示出了发明实例在基板上的剥离
[0034] 图23是散点图,示出了发明实例在铝基板上的剥离力;
[0035] 图24是散点图,示出了发明实例的电阻率;
[0036] 图25是箱体图,示出了比较例和发明实例的短路电流密度(Jsc);
[0037] 图26是箱体图,示出了比较例和发明实例的开路电压(Voc);
[0038] 图27是箱体图,示出了比较例和发明实例的电池效率(NCell);
[0039] 图28是箱体图,示出了比较例和发明实例的NCell;
[0040] 图29是箱体图,示出了具有乙烯-乙酸乙烯酯和有机硅封装材料的比较例和发明实例的Voc;
[0041] 图30是曲线图,用电流(A)和电压(V)示出了比较例和发明实例的I-V(或I-U)特性;
[0042] 图31A是发明实例的横截面SEM显微照片(转化成了附图形式),示出了固化后的聚合物、回流后的焊料、金属粒子以及焊料与金属粒子之间的金属间层;
[0043] 图31B是横截面SEM显微照片,图31A的附图以之为基础
[0044] 图32是箱体图,示出了比较例和发明实例的效率百分比;
[0045] 图33是另一个箱体图,示出了比较例和发明实例的Jsc;
[0046] 图34是另一个箱体图,示出了比较例和发明实例的Voc;
[0047] 图35是横截面光学显微镜照片(转化成了附图的形式),示出了本发明的互联母线、指状物和钝化层;
[0048] 图36是折线图,示出了在湿热老化后比较例和发明实例的Jsc;
[0049] 图37是折线图,示出了在湿热老化后比较例和发明实例的Voc;并且
[0050] 图38是折线图,示出了在湿热老化后比较例和发明实例的薄片电阻率(rs)。

具体实施方式

[0051] 本发明提供一种组合物。该组合物通常包含金属粉末、焊料粉末、聚合物、与所述聚合物不同的羧化聚合物、二羧酸和单羧酸。在另外的实施例中,该组合物基本上由前述组分组成或者由前述组分组成。在某些实施例中,该组合物还包含一种或多种下文进一步描述的添加剂。该组合物可用于形成导体。通常,该导体通过如下文进一步描述对组合物进行加热而形成。导体也可以称为导电的电导体。虽然不限于特定的构造或用途,但是导体可以为多种形式,诸如母线、指状物、极板、点和/或其他电极结构。其中一些在下文更详细地描述。
[0052] 金属粉末可包含多种金属。通常,金属粉末具有高于约600、高于约700、高于约800或高于约900℃的熔融温度(或熔点,MP)。金属通常具有优异的导电性。在某些实施例中,金属粉末包含选自以下的至少一种金属:(Cu)、金、银(Ag)、锌、铝、铂、钯、铍、铑、镍、钴、、钼、钨和/或这些金属中两种或更多种的合金。在多种实施例中,金属包含金属粒子(彼此相同或不同)和/或含有两种或更多种不同金属的粒子的混合物(或共混物)。后一种类型的粒子可以是两种或更多种不同金属的合金,和/或具有包含至少一种金属的芯以及包含至少一种与芯金属不同的金属的一个或多个外层的带涂层粒子。这种带涂层粒子的例子为银涂布(或覆)的铜粒子。
[0053] 在某些实施例中,组合物基本上完全不含“重”金属。换句话讲,组合物通常包含低于0.5、低于0.25、低于0.1、低于0.5、接近零(0)或0重量百分比(重量%)的重金属,每一者均基于组合物的总重量。重金属的例子包括汞、镉、铅和铬。在某些实施例中,组合物不含汞、镉和铬。在另外的实施例中,组合物不含含铅(Pb)焊料粉末。
[0054] 金属粉末可用稳定性增强剂和/或表面保护剂进行处理。此类处理可包括有机螯合剂,诸如唑类,例如苯并三唑、咪唑类等。一般来讲,此类唑类的分解产物可用作所述聚合物与所述羧化聚合物之间的反应的催化剂以通过所述组合物形成导体。这种反应通常消除在形成后对导体进行后固化的任何需要。
[0055] 在某些实施例中,金属粉末包含Cu,或为Cu粉末。可以使用多种类型的Cu粉末。例如,Cu粉末可包含如上所述的表面处理。金属粉末可具有多种大小。通常,金属粉末具有约0.05至约25、约5至约25、约5至约15或约10μm的平均粒度。可以使用多种粒度分布(PSD),包括单峰、双峰或多峰分布,其中单峰分布通常用于助熔目的。合适的Cu粉末可从许多供应商商购获得,诸如日本三井矿业冶炼公司(Mitsui Mining&Smelting Co.,Ltd.,Japan),例如
1030Cu粉末或Y1400Cu粉末。
[0056] 焊料粉末具有比金属粉末的熔融温度低的熔融温度(即,熔点)。金属粉末的这种温度在上文进行了描述。在某些实施例中,焊料粉末具有不大于约300、不大于约275、不大于约250或不大于约225℃的熔融温度。
[0057] 通常,焊料粉末包含选自(Sn)、铋、锌、镓、铟、碲、铊、锑、硒的至少一种金属和/或这些金属中两种或更多种的合金。在多种实施例中,焊料粉末包含Sn或至少一种Sn合金。在某些实施例中,焊料粉末包含两种不同的合金,或者多于两种不同的合金。例如,焊料粉末可包含锡-铋(SnBi)合金、锡-银(SnAg)合金或它们的组合。“组合”可简单地为不同金属、不同合金或不同金属和合金的组合。在其他实施例中,焊料粉末可包含SnPb。
[0058] 在某些实施例中,焊料粉末包含Sn42/Bi58、Sn96.5/Ag3.5或它们的组合。这种合金命名通常是指以质量表示的各金属的量。Sn42/Bi58通常具有约138℃的熔融温度,并且Sn96.5/Ag3.5通常具有约221℃的熔融温度。这些合金在本领域中可分别称为“合金281”和“合金121”。通常,焊料粉末具有约0.05至约25、约2.5至约25、约5至约20、约5至约15或约10μm的平均粒度。可以使用多种PSD及其模式。合适的焊料粉末可从许多供应商商购获得,诸如伊利诺伊州尔克格罗夫村美国铟泰公司(Indium Corporation of America,Elk Grove Village,IL)。
[0059] 焊料可用于抑制金属粉末的化,尤其是在形成导体后。据信,焊料还增强补充性焊料的润湿,并有利于在采用导体进行焊接操作期间形成强固的焊料接头。如下文进一步描述,焊料粉末在熔化时通常使金属粉末的粒子在组合物达到最终固化状态前融合在一起。这种熔化和融合在导体形成期间在导体中形成导电桥。
[0060] 金属和焊料粉末可以多种量存在于组合物中。通常,金属和焊料粉末一起以约50至约95、约80至约95、约80至约90或约85重量%的量(或合并量)存在,每一者均基于组合物的总重量。通常,金属粉末以约35至约85、约35至约65、约40至约55、约40至约50或约45重量%的各个量存在于组合物中,每一者均基于组合物的总重量。通常,焊料粉末以约25至约75、约25至约55、约30至约50、约35至约45或约40重量%的各个量存在于组合物中,每一者均基于组合物的总重量。
[0061] 所述聚合物可包含多种类型的聚合物,或可以聚合以产生所述聚合物的单体。所述聚合物通常为热固性树脂,诸如环氧树脂丙烯酸树脂、有机硅、聚酯或它们的组合。在某些实施例中,所述聚合物包含环氧树脂,其也可以为“B阶段”树脂。环氧树脂的例子包括双酚A的二缩甘油醚以及双酚F的二缩水甘油醚。
[0062] 在其中所述聚合物包含(或为)环氧树脂的实施例中,环氧树脂可具有多种环氧化物当量(EEW)。在某些实施例中,环氧树脂具有约20至约100,000、约30至约50,000、约35至约25,000、约40至约10,000、约150至约7,500、约170至约5,000、约250至约2,500、约300至约2,000、约312至约1,590、约400至约1,000或约450至约600g/eq的EEW。EEW可经由本领域知晓的方法诸如通过ASTM D1652进行测定。
[0063] 环氧树脂的合适例子可从密歇根州米德兰陶氏化学公司(Dow  Chemical,Midland,MI)以商标D.E.R.TM商购获得,诸如D.E.R.TM383、6116、662 UH、331、323、354、736、
732、324、353、667E、668-20、671-X70、671-X75、684-EK40、6225、6155、669E、660-MAK80、
660-PA80、337-X80、337-X90、660-X80、661-A80、671-PM75、3680-X90、6510HT、330、332、
6224、6330-A10、642U、661、662E、663U、663UE、664U、672U、664UM、667-20、669-20、671-R75、
671-T75、671-XM75和/或692H。其他合适的环氧树脂可从亨斯迈公司(Huntsman)和迈图公司(Momentive)以商标 和EpikoteTM商购获得。
[0064] 所述聚合物通常用作改善导体与基板在固化后的粘结性的粘结剂,并增加导体的总体内聚强度。一般来讲,导体具有优异的粘合和内聚特性。据信,在固化期间/之后,所述聚合物提供导体与基板之间在其界面处的粘附力,并且还提供导体内部组分(例如金属粉末)之间的内聚力。所述聚合物可粘到多种不同的表面,包括可焊接的和不可焊接的表面。所述聚合物还使与基板界面相对的一部分金属粉末用于直接焊接目的,例如用于互联。在达到最终固化状态前,聚合物还用作将助熔剂递送到金属粉末的介质,如下文进一步描述。
[0065] 所述羧化聚合物可包含多种类型的具有一个或多个羧基(-COOH)基团通常两个或更多个羧基基团使得导体通常具有交联结构的聚合物和共聚物。–COOH基团通常用作助熔剂,与组合物中的其他基团(例如,聚合物的环氧基团)反应,和/或与金属氧化物形成盐并因而促进固化(例如,催化环氧树脂固化)。这些羧化聚合物的例子包括经由可能与不饱和脂族或芳族(烯烃、炔烃和/或亚芳基化合物)相结合的不饱和脂族或芳族酸的阴离子机理或自由基机理而通过聚合反应或共聚反应得到的那些聚合物。合适的不饱和羧酸包括脂族羧酸,诸如甲基丙烯酸、卤代丙烯酸、巴豆酸、丙烯酸羧乙酯、丙烯酸、富酸、衣康酸、粘康酸、戊炔酸和/或乙炔二羧酸;以及不饱和芳族酸,诸如乙烯基苯甲酸和/或苯丙炔酸。与不饱和酸结合形成羧化共聚物的合适的不饱和烯烃包括丙烯、异丁烯、氯乙烯和/或苯乙烯。合适的羧化聚合物的其他例子包括羧酸官能化聚酯树脂和羧酸酐以及由其制备的聚合物。
[0066] 所述羧化聚合物可具有多种酸当量(AEW)。在某些实施例中,所述羧化聚合物具有约20至约100,000、约25至约50,000、约30至约25,000、约30至约10,000、约30至约5,000、约30至约2,500、约30至约2,000、约40至约1,000或约50至约500g/eq的AEW。AEW可经由本领域知晓的方法测定,诸如通过将分子量除以羧基基团的数量和/或通过ASTM D1980测定酸值。
[0067] 所述羧化聚合物可用于助熔金属粉末并使聚合物交联形成导体。具体地讲,在加热组合物以形成导体的过程中,所述羧化聚合物通常在第一温度下助熔金属粉末,并在第二温度下用作所述聚合物的交联剂,第二温度通常高于第一温度。这些温度可以变化,但通常落在本文所述的温度范围内。
[0068] 虽然用作金属粉末的助熔剂,但是所述羧化聚合物通常溶解金属表面的金属氧化物。移除金属氧化物允许金属粒子聚集(或团聚)并在导体形成期间在导体中更好地形成导电桥,尤其是就焊料-Cu粘结而言。通常,对金属粉末在导体的形成过程中原位助熔,使得不需要在使用前对金属粉末预先助熔。例如,在将金属粉末用于组合物前,不需要预助熔剂/清洁剂(例如酸)从金属粉末表面移除氧化物。在某些实施例中,本发明不含预助熔剂/预助熔。
[0069] 此外,移除的金属氧化物通常以足够的量存在,以催化聚合物与所述羧化聚合物的羧基之间在高温下的反应。金属氧化物最初可通过对金属粉末加热而产生,金属粉末在加热下氧化形成氧化物。氧化物可与所述羧化聚合物反应形成盐。氧化物和盐可用作所述聚合物与羧化聚合物的反应的催化剂。另外,通过可能已用于处理金属粉末的螯合剂的热释放,可使得催化剂可用。可基于金属和/或焊料粉末的类型(诸如有机锡和铜盐、苯并三唑、咪唑等)而释放多种催化剂。这些多种各样的机理通常在施加组合物后并在导体的形成过程中发生。这些机理与组合物/其组分的熔化、湿透、助熔以及固化温度或特征相关联。
[0070] 在某些实施例中,所述羧化聚合物包含丙烯酸聚合物。在另外的实施例中,所述羧化聚合物包含苯乙烯-丙烯酸共聚物。在具体实施例中,所述羧化聚合物在215℃下是热稳定的,具有大于200的酸值,和/或20℃下低于0.01Pa.s(10厘泊)的粘度。合适的丙烯酸聚合物的例子可从新泽西州弗洛厄姆帕尔克巴斯夫公司(BASF Corp.,Florham Park,NJ)以商标 商购获得,诸如 50、60、61、63、67、74-A、77、89、95、142、500、504、507、508、510、530、537、538-A、550、551、552、556、558、581、585、587、611、624、631、633、646、
655、660、678、680、682、683、690、693、690、693、750、804、815、817、819、820、821、822、843、
845、848、901、902、903、906、906-AC、909、911、915、918、920、922、924、934、935、939、942、
945、948、960、963、1163、1520、1522、1532、1536、1540、1610、1612、1655、1670、1680、1695、
1907、1908、1915、1916、1919、1954、1980、1982、1984、1987、1992、1993、2153、2178、2350、
2561、2570、2640、2646、2660、2664、8383和/或HR 1620。
[0071] 通常,所述聚合物和所述羧化聚合物一起以约2.5至约10、约2.5至约7.5、约3至约6、约5至约6或约5.5重量%的量存在于组合物中,每一者均基于组合物的总重量。在某些实施例中,所述聚合物和羧化聚合物的重量比为约1:1至约1:3、约1:1至约1:2.75、约1:1至约
1:2.5或约1:1.5至约1:2.5(聚合物:羧化聚合物)。
[0072] 通常,所述聚合物以约0.5至约5、约1至约2.5、约1.5至约2或约1.75重量%的量存在于组合物中,每一者均基于组合物的总重量。通常,所述羧化聚合物以约1至约7.5、约2至约5、约3至约4或约3.5至约4重量%的量存在于组合物中,每一者均基于组合物的总重量。
[0073] 除了羧化聚合物外,二羧酸也可用于助熔金属粉末。可以使用多种类型的二羧酸。合适的二羧酸的例子包括线性、环状、芳族和/或高度支化的烷基和/或不饱和脂族和/或芳族二羧酸,诸如草酸丙二酸琥珀酸戊二酸己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、十一烷二酸、十二烷二酸、马来酸、戊烯二酸、愈伤酸、粘康酸、邻苯二甲酸、间苯二甲酸和/或对苯二甲酸。在某些实施例中,二羧酸为十二烷二酸(DDDA)。通常,二羧酸以约0.05至约1、约0.1至约0.75、约0.2至约0.5或约0.2至约0.3重量%的量存在于组合物中,每一者均基于组合物的总重量。
[0074] 除了羧化聚合物和二羧酸外,单羧酸也可用于助熔金属粉末。具体地讲,单羧酸可用于防止组合物因可能已存在的或在环境温度下形成的金属氧化物而过早固化。可以使用多种类型的单羧酸。合适的单羧酸的例子包括线性、环状、芳族和/或高度支化的烷基和/或不饱和脂族和/或芳族单羧酸,诸如甲酸、乙酸、卤代乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、辛酸、月桂酸、癸酸、棕榈酸、硬脂酸、花生酸、异丁酸、异戊酸、新戊酸、新癸酸、异硬脂酸、油酸、神经酸、亚油酸、辛炔酸、苯甲酸和/或苯丙炔酸。在多种实施例中,单羧酸为叔酸。在某些实施例中,单羧酸为叔碳酸Versatic 10,其为包含高度支化的C10单羧酸异构体(大部分具有三级结构)的混合物的合成酸。Versatic 10在本领域中也可称为新癸酸。合适的单羧酸的例子可从伊利诺伊州喀本特士维瀚森特种化学公司(Hexion Specialty Chemicals,Carpentersville,IL)商购获得。
[0075] 据信,单羧酸中的高支化度引起空间位阻,该空间位阻赋予由其形成的盐优异的稳定性。在某些实施例中,单羧酸在室温(RT,约20至25℃)下为液体。通常,单羧酸以约0.25至约1.25、约0.25至约1、约0.25至约0.75、约0.4至约0.5或约0.45重量%的量存在于组合物中,每一者均基于组合物的总重量。
[0076] 在聚合物包含环氧树脂使得提供环氧基团的实施例中,酸性基团(由酸提供)与环氧基团的比率通常为约1:1至约10:1、约2:1至约9:1、约3:1至约8:1、约4:1至约7:1、约5:1至约7:1或约6:1至约7:1的酸性:环氧(A:E)。在另外的实施例中,酸性基团与环氧基团的比率通常为至少约3:1、至少约3.5:1、至少约4:1、至少约4.5:1、至少约5:1、至少约5.5:1、至少约6:1、至少约6.5:1或至少约7:1的A:E。
[0077] 不受任何特定理论的束缚或限制,据信,增加A:E比(例如,高于约4:1)能实现优异的金属粉末助熔,而无需对金属粉末预助熔。在较低的比率下,例如低于约4:1的A:E,据信,组合物将不能直接焊接,原因是金属粉末的助熔不足。具体地讲,在某些实施例中,在低于约4:1的A:E下,可能不会发生助熔,这可以经由加热/固化期间的颜色变化来确定。此外,在此较低的水平下,焊料粉末可能无法湿透和/或不能焊接,甚至在助熔的情况下。一般来讲,颜色从棕色变成(或漂移至)浅至深灰色表明足够的助熔材料或熔料。因此,如果在尝试助熔材料后材料仍为棕色(或类似于棕色,例如铜色),则未发生助熔,或助熔不足。据信,材料在助熔后因焊料使金属粉末(例如,Cu)表面湿透而变成灰色,使得有效地只看到焊料。在助熔不足的情形下,金属粉末的表面不被焊料完全湿透,使得其仍然可见。
[0078] 在某些实施例中,组合物还可以包含添加剂。可以使用多种类型的添加剂。合适的添加剂的例子包括溶剂、粘附促进剂、消泡剂、去活剂、抗氧化剂、流变增强剂/改性剂和/或导热剂(thermal agent)。可用于形成组合物的多种实施例的合适组分的另外例子在授予Craig的美国专利No.7,022,266以及在授予Craig等人的美国专利No.6,971,163中有所公开,这两份专利均在不与本发明的一般范围相冲突的范围内全文以引用方式并入本文。
[0079] 如果使用溶剂,则溶剂可用于使所述聚合物和/或羧化聚合物形成溶液。溶剂还可用于调节一种或多种组分的粘度,和/或调节组合物本身的流变性。调节组合物的粘度可用于多种目的,例如,用于获得经由印刷或类似技术施加组合物时的所需粘度。可以使用多种类型的溶剂。合适的溶剂的例子包括醇类,诸如单萜烯醇(例如萜品醇)和苄醇。另外的例子包括2-乙氧基乙基乙酸酯、2(3)-(四氢糠氧基)四氢吡喃、二异丁基、丙二醇单甲醚醋酸酯(PGMEA)和丙二醇-1,2丙二醇。此类溶剂可从多种来源商购获得,诸如伊利诺伊州芝加哥西格玛奥德里奇公司(Sigma Aldrich,Chicago,IL)。另一种合适的溶剂为丁基卡必醇,其可从陶氏化学公司商购获得。可以使用溶剂的多种组合。溶剂可以多种量使用。在某些实施例中,溶剂以约0.5至约15、约1至约12.5、约2.5至约10、约5至约7.5或约5至约7重量%的量存在于组合物中,每一者均基于组合物的总重量。取决于施加技术,可按预定的量添加溶剂和/或根据需要添加溶剂。
[0080] 如果使用粘附促进剂,则粘附促进剂可用于进一步增加导体在多种基板上的粘附力。可以使用多种类型的粘附促进剂。合适的粘附促进剂(或偶联剂)的例子包括基于硅烷和/或酸酯的那些。采用硅烷粘附促进剂可用于增加与具有有机官能团的基板的粘附力。采用钛酸酯粘附促进剂可用于增加与具有无机填料的基板的粘附力。据信,钛酸酯偶联剂偶联到无机填料的表面以改善与有机基质的相容性并且还改善与基板的粘附力。可以使用不同促进剂的组合。在某些实施例中,粘附促进剂(例如,钛酸酯)与组合物的至少一种聚合物反应。合适的粘附促进剂的例子可从密歇根州米德兰道康宁公司(Dow Corning Corp.,Midland,MI)商购获得,诸如2-(3,4-环氧环己基)乙基]三甲氧基硅烷,例如Z-6043;或缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷,例如Z-6040。另外的合适例子包括可从迈图公司以商标
Silquest诸如Silquest A-187;以Xiameter诸如 OFS-6040;以及从新泽西州贝
永肯瑞奇石油化工有限公司(Kenrich Petrochemicals Co.,Bayonne,NJ)以商标
诸如 KR9S商购获得的那些。虽然不是必需的,但是粘附促进剂可
以多种量使用。在某些实施例中,粘附促进剂以约0.01至约3、约0.1至约2、约0.25至约1或约0.8重量%的量存在于组合物中,每一者均基于组合物的总重量。
[0081] 如果使用消泡剂,则消泡剂可用于防止在组合物的形成和/或使用过程中起泡。可以使用多种类型的消泡剂。合适的消泡剂的例子包括不含有机硅的消泡剂。合适的消泡剂的例子可从康涅狄格沃灵福德毕克添加剂和仪器部(BYK additives&instruments,Wallingford,CT)商购获得,诸如 -052。虽然不是必需的,但是消泡剂可以多种量使
用。在某些实施例中,消泡剂以约0.01至约1、约0.1至约0.75、约0.1至约0.5或约0.1至约
0.3重量%的量存在于组合物中,每一者均基于组合物的总重量。
[0082] 如果使用去活剂和/或抗氧化剂,则它们可用于抑制金属(例如Cu)的迁移。可以使用多种类型的去活剂和/或抗氧化剂。在一个实施例中,去活剂包含草酰双(亚苄基酰肼)。合适的去活剂和/或抗氧化剂的例子可从田纳西州金斯波特伊士曼化工公司(Eastman 
TM
Chemical Co.,Kingsport,TN)商购获得,诸如Eastman  OABH抑制剂。虽然不是必需的,但是去活剂和/或抗氧化剂可以多种量使用。在某些实施例中,去活剂以约0.01至约1、约0.1至约0.75、约0.1至约0.5或约0.1至约0.4重量%的量存在于组合物中,每一者均基于组合物的总重量。
[0083] 在某些实施例中,组合物包含二溴化苯乙烯。具体的例子为可从西格玛奥德里奇公司商购获得的1,2-二溴乙基苯。二溴化苯乙烯可用于增加组合物的导热率。此外,存在乙烯基官能团允许苯乙烯在形成导体的过程中聚合。虽然不是必需的,但是二溴化苯乙烯可以多种量使用。在某些实施例中,二溴化苯乙烯以约0.05至约1、约0.1至约0.75、约0.1至约0.5或约0.2至约0.3重量%的量存在于组合物中,每一者均基于组合物的总重量。
[0084] 现在参见附图,其中在所有几个视图中,相同的标号表示相同的部件,组合物通常以20”显示,而由其形成的导体通常以20显示。如本文所用,引号(”)通常是指相应组件或组合物的不同状态,诸如在固化前、在烧结前等,而不含”通常表示相应组件或组合物的后固化状态或最终固化状态。
[0085] 参见图1,组合物20”设置在基板22上,并通常示为左侧的“固化前”和右侧的“固化”使得其为导体20。如上文所提到,导体20可用于多种应用的电流输送和/或电连接。组合物20”和导体20不限于任何特定的应用。组合物20”可用于形成多种制品。此类制品通常包括基板22,而导体20设置在基板22上。基板22可通过多种材料形成。在一个实施例中,基板22本身也为导体。此类导电基板22的例子包括金属和半导体。金属基板22的具体例子包括铝、银或它们的组合。半导体基板22的例子包括由硅(诸如晶体硅)形成的那些。在其他实施例中,基板22为电介质(或绝缘体)。组合物20”可设置在多种材料上,包括上文所述的那些材料的组合。其他具体材料的例子包括可焊接的和不可焊接的金属,诸如高熔点导电金属,例如镍或常规的状基板。一般来讲,只有金属材料才被视为可焊接的。
[0086] 导体20可呈多种形式,并具有多种大小和形状,诸如被构造成用作母线、接触极板、细线、指状物和/或电极。例如,组合物20”可用于通过印刷或其他方式形成细线,例如70μm线、点、点与线等。也可以形成其他宽度。导体20不限于任何特定的形状或构造。上述组件中的一些可用于将在下文进一步描述的光伏(PV)电池和其他PV装置。组合物20”也可用于其他应用,诸如用于电路板,例如印刷电路板(PCB)生产,或需要导电材料的其他应用。导体20可直接焊接,这提供改进的连接方式,诸如通过使用互联条直接连接到导体20。换句话讲,通常不存在在直接焊接到导体20上之前需要从其移除的顶涂层、保护层或最外层。这可以缩短制造时间、降低制造复杂性并降低制造成本。例如,互联条52可直接焊接到导体20而无需采取另外的步骤。在某些实施例中,这种情况的例外可以是另外的助熔步骤。一般来讲,如果焊料可在加工后在表面上湿透,则该表面是可以直接焊接的。例如,如果可将线材直接焊接到基板(在商业上合理的时间范围内并通常使用施加的助熔剂),使用镀锡焊铁将焊料层置于母线上,或只是加热基板并观察到焊料湿透电极表面,则材料将是可以直接焊接的。就不可焊接的系统而言,甚至在施加助熔剂并充分加热后也不可焊接的系统,焊料始终不会打湿表面,并且无法形成焊料接头。
[0087] 在某些实施例中,组合物20”通过依赖于其形成导体20的固化机理可用作粘合剂。例如,可施加并加热组合物20”以形成导体20,并且导体20可用作粘合剂,诸如将线材保持在适当的位置,将两个基板保持在一起等。可将线材设置在组合物20”中和/或可将组合物
20”设置在线材上,随后固化形成导体20,从而将线材保持在适当的位置。在最终固化以形成导体20前,由组合物20”提供的即时或中间粘附强度可称为生坯强度。
[0088] 利用本发明的组合物形成一个或多个结构/组件(诸如由本发明的组合物形成的母线)的多种类型的PV电池32的另外实施例在均与本主题申请同时提交的共同未决的PCT申请No.______________(代理人案卷号DC11371 PSP1,071038.01087)以及共同未决的PCT申请No.________(代理人案卷号DC11372 PSP1,071038.01089)中有所描述,这些PCT申请的公开内容在不与本发明的一般范围相冲突的范围内全文以引用方式并入。
[0089] 本发明还提供形成导体20的方法。该方法包括将组合物20”施加到基板22的步骤。组合物20”可通过多种方法施加。可以利用多种类型的沉积方法,诸如通过丝网或孔版进行的印刷,或其他方法,诸如气溶胶、喷墨、凹版或柔版印刷。在某些实施例中,将组合物20”直接丝网印刷到基板22上。组合物20”通常为糊剂的形式,因此,印刷是一种可容易地应用的方法。如上文所介绍,可在需要时采用溶剂来调整组合物20”的粘度。可将组合物20”施加到基板22上以与基板22形成直接物理和电接触。
[0090] 如上所述,组合物20”的焊料粉末24”在低于组合物20”的金属粉末26的熔融温度的温度下熔化。组合物20”还包含聚合物和上述其他组分28”。该方法还包括将组合物20”加热到不超过约300℃的温度以形成导体20的步骤。通常将组合物20”加热到约150至约300、约175至约275、约200至约250、约200至约225、约210至约225或约225℃的温度。在某些实施例中,将组合物20”在约250、约225或约210℃或更低的温度下加热以形成导体20。在某些实施例中,将组合物20”加热到约200至约300℃的温度或其间的任何温度。这些温度通常烧结焊料粉末24”,但不烧结金属粉末26,以形成导体20。这种加热在本领域中也可称为回流或烧结。
[0091] 参见图1和2,据信,焊料粉末24”在组合物20”的加热过程中烧结并涂布金属粉末26的粒子以形成导体20。也在此期间,组合物20”可失去挥发物并且聚合物28”交联成最终固化态28,从而通常提供与基板22的粘附力。如图2所示,聚合物28的至少一部分与基板22直接接触。金属间层30通常围绕金属粉末26的粒子而形成。这种涂层使得焊料24涂布的金属粉末26的粒子能够运载电流,并且还可以防止金属粉末26的氧化。由于较低的温度,金属粉末26通常不会在加热期间烧结。该加热步骤的低温通常允许使用温敏基板22,例如非晶硅或透明导电氧化物
[0092] 可将组合物20”加热多种时长以形成导体20。通常,仅将组合物20”加热形成导体20所需的一段时间。此类时间可经由常规实验确定。可将惰性气体(例如氮气(N2)层)用于防止金属粉末26在用焊料24”涂布前过早氧化。然而,通常不需要对金属粉末26进行预助熔。不必要地对导体20过度加热一段较长的时间可损坏基板22和/或导体20。
[0093] 不受任何特定理论的束缚或限制,据信,组合物20”通常为自熔性的并且基于以下机理而耐氧化:热发生使羧化聚合物活化从而助熔焊料和金属粉末24”、26。释放的金属氧化物和盐充当催化剂并促进聚合物与羧化聚合物在较高温度下快速交联。催化性氧化物通过自然金属(例如Cu)氧化而形成。金属盐通过氧化物与羧化聚合物之间的反应产生,或为因焊料和金属粉末24”、26加热而释放的用作润滑剂/稳定性增强剂的化合物。除了助熔/交联机理外,随着温度的升高,焊料粉末24”熔化并润湿金属粉末26的粒子,并且金属粉末26与焊料粉末24之间的烧结如图1所示发生以形成金属间层30。在金属粉末26的粒子上的焊料涂层24有利于防止金属粉末26进一步氧化并随着时间的推移维持导体20的导电性。
[0094] 现在参见图3至11,光伏(PV)电池通常以32显示。如上文所提到,组合物20”可与PV电池32一起使用。具体地讲,组合物20”和所得的导体20可与任何类型的PV电池、PV构建体或PV构造一起使用。换句话讲,组合物20”不限于任何特定类型的PV应用。PV电池32可用于将许多不同波长的光转化成电流。因此,PV电池32可用于多种应用。例如,多个PV电池32可用于太阳能模块(未示出)。太阳能模块可用于多种场所和多种应用,诸如用于住宅、商业或工业应用。例如,太阳能模块可用于生成电流,该电流可用于为电气装置(例如,灯和电动机)提供电力,或者太阳能模块可用于为物体遮蔽阳光(例如,遮蔽停在设置在停车位上方的太阳能模块之下的机动车)。PV电池32不限于任何特定类型的用途。附图未必按比例绘制。因此,PV电池32的某些组件可比如图所示的更大或更小。
[0095] 参见图3,PV电池32以具有倒圆拐的方形构造示出,即,准方形。虽然示出了该构造,但是PV电池32可被构造成多种形状。例如,PV电池32可以为具有拐角的矩形、具有倒圆或弯曲拐角的矩形、圆形等。PV电池32不限于任何特定的形状。PV电池32可具有多种大小,诸如4×4英寸(10.2×10.2cm)见方、5×5英寸(12.7×12.7cm)见方、6×6英寸(15.2×15.2cm)见方等。PV电池32不限于任何特定的大小。
[0096] 参见图4,PV电池32包括底部基板34。底部基板34含有硅。硅在本领域中可被称为半导体材料。可以使用多种类型的硅,诸如单晶硅多晶硅、非晶硅或它们的组合。在某些实施例中,底部基板34包含晶体硅,例如单晶硅。PV电池32通常在本领域中被称为晶片型PV电池32。晶片为硅的薄片,其通常通过由单晶或多晶硅锭以机械方式锯出晶片而形成。作为另外一种选择,晶片可通过铸造硅、通过外延层剥离技术、通过硅熔体拉制硅薄片等形成。
[0097] 底部基板34通常为平坦的,但是也可以为不平坦的。底部基板34可包括纹理化表面(未示出)。纹理化表面可用于降低PV电池32的反射性。纹理化表面可具有多种构造,诸如锥形、倒置锥形、随机锥形、各向同性等。纹理化可通过多种方法赋予底部基板34。例如,可将蚀刻溶液用于使底部基板34纹理化。PV电池32不限于任何特定类型的纹理化工艺。底部基板34(例如晶片)可具有多种厚度,诸如约1至约1000、约75至约750、约75至约300、约100至约300或约150至约200μm的平均厚度。
[0098] 底部基板34通常被归类为p型或n型硅基板(基于掺杂)。在某些实施例中,底部基板34包括上部(或正面)掺杂区36,其通常为正对/面向太阳的一面。上部掺杂区36在本领域中也可称为表面发射极或有源半导体层。在某些实施例中,底部基板34的上部掺杂区36为n型掺杂区36(即n+发射极层)使得其余的底部基板34通常为p型的。在其他实施例中,底部基板34的上部掺杂区36为p型掺杂区36(即p+发射极层)使得其余的底部基板34通常为n型的。上部掺杂区36可具有多种厚度,诸如约0.1至约5、约0.3至约3或约0.4μm的平均厚度。可施加上部掺杂区36使得在指状物44(下文描述)之下的掺杂诸如在“选择性发射极”技术中增加。
[0099] 参见图5至9,底部基板34通常包括与上部掺杂区36(若存在)相对的后部掺杂区38。后部掺杂区38也可以称为背面掺杂区38。在某些实施例中,后部掺杂区38在本领域中也可称为背表面场(BSF)。通常,掺杂区之一例如上部36为n型的,而另一掺杂区例如后部38为p型的。也可以使用相反的布置方式,即,上部36为p型的,而后部38为n型的。相反掺杂区36、
38相互面对的此类构造在本领域中称为p-n结(J)并可用于光激发的电荷分离,前提是存在至少一个正(p)区域和一个负(n)区域。具体地讲,当不同掺杂的两个区域相邻时,在其间限定的边界通常在本领域中称为结。当掺杂具有相反的极性时,则结(J)通常被称为p-n结(J)。当掺杂只是具有不同的浓度时,“边界”可称为界面,诸如类似区域之间的界面,例如p+
和p区域之间的界面。如大致在附图中示出,此类结(J)可以是任选的,具体取决于用在底部基板34中的掺杂类型。PV电池32不限于任何特定数量或位置的结(J)。例如,PV电池32可以仅含有一个诸如在正面或背面上的结(J)。
[0100] 参见图5至8,底部基板34包括n型或p型后部掺杂区38。参见图9,底部基板34包括局部掺杂区38。在某些实施例中,局部掺杂区38为n型的;而在其他实施例中,区域38为p型的。
[0101] 可将多种类型的掺杂剂和掺杂方法用于形成底部基板34的掺杂区36、38。例如,可将扩散炉用于形成n型掺杂区36、38和所得的n-p(或“p-n”)结(J)。合适的气体的例子磷酰氯(POCl3)。除了磷之外或作为另外一种选择,可将砷用于形成n型区36、38。可将元素周期表V族元素中的至少一种(例如或镓)用于形成p型区36、38。PV电池32不限于任何特定类型的掺杂剂或掺杂工艺。
[0102] 底部基板34的掺杂可处于多种浓度。例如,底部基板34可按不同的掺杂剂浓度掺杂以实现约0.5至约10、约0.75至约3或约1Ω·cm(Ω.cm)的电阻率。上部掺杂区36可按不同的掺杂剂浓度掺杂以实现约50至约150或约75至约125或约100Ω/(欧姆每平方)的薄片电阻率。一般来讲,较高浓度的掺杂可导致较高的开路电压(Voc)和较低的电阻,但是较高浓度的掺杂也会导致损耗电池性能的电荷复合并在晶体中引入缺陷区域。
[0103] 通常,存在设置在与上部掺杂区36(若存在)相对的后部掺杂区38上的第一电极40。第一电极40具有外表面41。第一电极40可覆盖整个后部掺杂区38或仅覆盖其一部分。如果是后一种情况,则通常的是,将钝化层42例如SiNx层用于保护后部掺杂区38的暴露部分,但是钝化层42不用在直接物理和电接触的第一电极40与后部掺杂区38的所述部分之间。第一电极40可呈层、具有局部触点的层或包含指状物和母线的接触隔栅的形式。合适的构造的例子包括但不限于p型基极构造、n型基极构造、PERC或PERL型构造、双面BSF型构造、本征薄层异质结(HIT)构造、发射极穿孔卷绕(EWT)构造、金属穿孔卷绕(MWT)构造、交指式背接触(IBC)构造等。PV电池32不限于任何特定类型的第一电极40或电极构造。
[0104] 第一电极40可呈层(例如图5和6)、具有局部触点的层(例如图8和9)或包含指状物、点、极板和/或母线的接触隔栅(例如图7)的形式。合适的构造的例子包括p型基极构造、n型基极构造、PERC或PERL型构造、双面BSF型构造等。PV电池32不限于任何特定类型的电极40或电极构造。第一电极40可具有多种厚度,诸如约0.1至约500、约1至约100或约5至约50μm的平均厚度。这些实施例中的一些以及其他实施例将在下文详细描述。
[0105] 在某些实施例中,第一电极40包含第一金属,其大量存在于(每个)第一电极40中。第一金属可包含多种类型的金属。在某些实施例中,第一金属包含Al。在其他实施例中,第一金属包含Ag。在另外其他实施例中,第一金属包含Ag和Al的组合。所谓“大量”通常是指第一金属是第一电极40的主要组分,使得其含量大于也可存在于第一电极40中的任何其他组分。在某些实施例中,第一金属(例如Al和/或Ag)的这种大量通常大于约35重量%、大于约
45重量%或大于约50重量%,每一者均基于第一电极40的总重量。
[0106] 在后部掺杂区38为p型的实施例中,第一电极40通常包含元素周期表III族元素中的至少一种,例如铝(Al)。Al可用作p型掺杂剂。例如,可将Al糊剂施加到底部基板34上然后焙烧形成第一电极40,同时还形成后部p+型掺杂区38。Al糊剂可通过多种方法施加,诸如通过丝网印刷工艺。其他合适的方法在下文描述。
[0107] 如图6中最佳地示出,第二电极45与底部基板34的后部掺杂区38间隔开。后部掺杂区38不与第二电极45(直接)物理接触。第二电极45与第一电极40电接触。第二电极45只需接触第一电极40的一部分,或其可覆盖整个第一电极40。第一和第二电极40、45在本领域也可称为电极叠堆。后部掺杂区38经由第一电极40与第二电极45电连通。第二电极45通常以极板45、接触极板45或母线45的形状构造。本文提及第二电极45可以指多种构造。
[0108] 例如,如图10和11中最佳地示出,PV电池32可包括在第一电极40上成形为母线45的一对第二电极45。此外,一对正面母线50以大致镜像构造与第二电极45相对地设置。第二电极45和母线50在化学构成和/或物理特征诸如形状和大小方面可彼此相同或不同。母线50在下文进一步描述。
[0109] 如图5、10和11所示,PV电池32可具有两个第二电极45。在某些实施例中,PV电池20可具有多于两个第二电极45,诸如三个第二电极45、四个第二电极45、六个第二电极45等。每个第二电极45与至少一个电极40电接触。第二电极45可用于从已从后部掺杂区38收集了电流的第一电极40收集电流。大致如图所示,第二电极45直接设置在第一电极40的外表面
41上以提供与之密切的物理和电接触。这将第二电极45设置在适当的位置以直接从第一电极40运载电流。第一电极40与底部基板34的后部掺杂区38形成密切的物理和电接触。
[0110] 第二电极45可具有多种宽度,诸如约0.5至约10、约1至约5或约2mm的平均宽度。第二电极45可具有多种厚度,诸如约0.1至约500、约10至约250、约30至约100或约30至约50μm的平均厚度。第二电极45可间隔开多种距离。
[0111] 第二电极45可由多种材料形成。在一个实施例中,第二电极45由本发明的组合物20”形成,即,导体20为第二电极45。在其他实施例中,第二电极45与母线50相似地或相同地形成。第二电极45可以与如下文针对母线50所述的相同方式形成。
[0112] 如图4、5、10和11中最佳地示出,钝化层42设置在上部掺杂区36上。钝化层42可用于增加PV电池32对阳光的吸收(例如通过降低PV电池32的反射性),以及通过表面和本体钝化而通常改善晶片寿命。钝化层42具有与上部掺杂区36相对的外表面43。钝化层42也可在本领域中称为电介质钝化层或减反射涂层(ARC)。
[0113] 钝化层42可由多种材料形成。在某些实施例中,钝化层42包含SiOx、ZnS、MgFx、SiNx、SiCNx、AlOx、TiO2、透明导电氧化物(TCO)或它们的组合。合适的TCO的例子包括掺杂的金属氧化物,诸如锡掺杂的氧化铟(ITO)、铝掺杂的氧化锌(AZO)、铟掺杂的氧化镉、氟掺杂的氧化锡(FTO)或它们的组合。在某些实施例中,钝化层42包含SiNx。采用SiNx是有用的,因为其具有优异的表面钝化质量。氮化硅也可用于防止PV电池32表面的载流子复合。
[0114] 钝化层42可由两个或更多个亚层(未示出)形成,使得钝化层42也可称为叠堆。此类亚层可包括底部ARC(B-ARC)层和/或顶部ARC(T-ARC)层。此类亚层也可称为电介质层,并由相同或不同的材料形成。例如,可存在两个或更多个SiNx亚层;一个SiNx亚层和一个AlOx亚层等等。
[0115] 钝化层42可通过多种方法形成。例如,钝化层42可通过使用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺形成。在钝化层42包含SiNx的实施例中,可将硅烷、氨和/或其他前体用于PECVD炉以形成钝化层42。钝化层42可具有多种厚度,诸如约10至约150、约50至约90或约70nm的平均厚度。足够的厚度可通过涂层材料和底部基板34的折射率确定。PV电池32不限于任何特定类型的涂布工艺。
[0116] 在某些实施例中,多个指状物44彼此间隔开并设置在钝化层42中。每个指状物44具有与底部基板34的上部掺杂区36电接触的下部46。实际电接触的下部46可相当小,诸如指状物44的顶端/末端。每个指状物44还具有与下部46相对的上部48,其穿过钝化层42的外表面36向外延伸。指状物44通常以隔栅图案设置,如在图1和4中最佳地示出。通常,指状物44的设置使得指状物44相对窄而又足够厚以最大程度降低电阻损耗。指状物44的取向和数量可以变化。
[0117] 指状物44可具有多种宽度,诸如约10至约200、约70至约150、约90至约120或约100μm的平均宽度。指状物44可彼此间隔开多种距离,诸如平均间隔开约1至约5、约2至约4或约2.5mm。指状物44可具有多种厚度,诸如约5至约50、约5至约25或约10至约20μm的平均厚度。
[0118] 在某些实施例中,指状物44中的一个或多个由本发明的组合物20”形成。即,导体20为指状物44。在其他实施例中,每个指状物44均包含第一金属,其大量存在于每个指状物
44中。第一金属可包含多种类型的金属。在某些实施例中,第一金属包含银(Ag)。在其他实施例中,第一金属包含铜(Cu)。所谓“大量”通常是指第一金属是指状物44的主要组分,使得其含量大于也可存在于指状物44中的任何其他组分。在某些实施例中,第一金属(例如银)的这种大量通常大于约35重量%、大于约45重量%或大于约50重量%,每一者均基于指状物44的总重量。
[0119] 指状物44可通过多种方法形成。合适的方法包括溅射,气相沉积,条带涂布或片状式涂布,喷墨印刷、丝网印刷、凹版印刷、凸版印刷、热印刷、分配或转移印刷,烫印,电镀,无电镀或它们的组合。此类方法也可用于由组合物20”形成导体20。一种类型的方法通常称为蚀刻/焙烧工艺。除了本发明的组合物20”外,将在下文进一步描述用于形成指状物44的其他组合物。
[0120] 在某些实施例中,指状物44通过镀覆工艺(而不是蚀刻/焙烧工艺)形成。在这些实施例中,指状物44通常包括镀覆或堆叠的结构(未示出)。例如,指状物44可包含以下层中的两个或更多个层:镍(Ni)、Ag、Cu和/或Sn。这些层可以为多种顺序,前提是Cu层(若存在)不与底部基板34的上部掺杂区36直接物理接触。通常,包含Ag或非Cu的金属(例如Ni)的种子层与上部掺杂区36接触。在某些实施例中,种子层包含硅化镍。然后将后续层设置在种子层上以形成指状物44。当指状物44包含Cu时,将诸如Sn或Ag的钝化层设置在Cu层上方以防止氧化。在某些实施例中,指状物44的下部46包含Ni,指状物44的上部48包含Sn,并且Cu设置在Ni与Sn之间。以此方式,Cu因Ni、Sn和周围的钝化层42而防止氧化。此类层可通过多种方法形成,诸如气溶胶印刷和焙烧、电化学沉积等。PV电池32不限于任何特定类型的形成指状物44的工艺。
[0121] 母线50与底部基板34的上部掺杂区36间隔开。如图3、10和11所示,PV电池32通常具有两条母线50。在某些实施例中,PV电池32可具有多于两条母线50(未示出),诸如三条母线50、四条母线50、六条母线50等。每条母线50与指状物44的上部48电接触。母线50可用于从已经从上部掺杂区36采集了电流的指状物44采集电流。如图10中最佳地示出,每条母线50设置在钝化层42的外表面34上并围绕每个指状物44以提供与指状物44的上部48密切的物理和电接触。通常,母线50横过指状物44。换句话讲,母线50可相对于指状物44处于多种角度,包括垂直。形成实际物理/电接触的上部48可以较小,诸如仅是指状物44的顶部/末端。这种接触将母线50置于适当的位置以从指状物44运载电流。指状物44本身与底部基板
34的上部掺杂区36形成密切的物理和电接触。通常,只有一个结(J)存在于图10的PV电池32中,诸如在底部基板34的正面或背面中。
[0122] 母线50可具有多种宽度,诸如约0.5至约10、约1至约5或约2mm的平均宽度。母线50可具有多种厚度,诸如约0.1至约500、约10至约250、约30至约100或约30至约50μm的平均厚度。母线50可间隔开多种距离。通常,母线50间隔开以将指状物44的长度分成大致相等的区域,例如,如图1所示。
[0123] 在某些实施例中,母线50中的一条或多条由本发明的组合物20”形成。即,导体20为母线50。在其他实施例中,母线50包含第二金属,其大量存在于母线50中。“第二”用于将母线50的金属与指状物44的“第一”金属区分开,而不暗示量或顺序。第二金属可包含多种类型的金属。在某些实施例中,母线50的第二金属与指状物44的第一金属相同。例如,第一和第二金属均可以为Cu。在其他实施例中,母线50的第二金属与指状物44的第一金属不同。在这些实施例中,第一金属通常包含Ag而第二金属通常包含Cu。在其他实施例中,第二金属包含Ag。所谓“大量”通常是指第二金属是母线50的主要组分,使得其含量大于也可存在于母线50中的任何其他组分。在某些实施例中,第二金属(例如Cu)的这种大量通常大于约25重量%、大于约30重量%、大于约35重量%或大于约40重量%,每一者均基于母线50的总重量。
[0124] 母线50通常还包含第三金属。第三金属不同于指状物44的第一金属。第三金属也不同于母线50的第二金属。通常,金属为不同的元素,而不仅仅是相同金属的不同氧化态。“第三”用于将母线50的金属与指状物44的“第一”金属区分开,而不暗示量或顺序。第三金属在低于第一和第二金属的熔融温度的温度下熔化。通常,第三金属具有不大于约300℃、不大于约275℃或不大于约250℃的熔融温度。此类温度可用于在如下文进一步描述的低温下形成母线50。
[0125] 在某些实施例中,第三金属包含焊料,其可以与组合物20”的焊料相同或不同。焊料可包含多种金属或其合金。这些金属之一通常为Sn、铅、铋、镉、锌、镓、铟、碲、汞、铊、锑、硒和/或这些金属中两种或更多种的合金。第三金属可以多种量通常以低于第二金属的量存在于母线50中。母线50除了第二和第三金属外通常还包含如下文进一步描述的聚合物,其可以与组合物20”的聚合物相同或不同。
[0126] 如图10中最佳地示出,底部基板34的上部掺杂区36不与母线50(直接)物理接触。具体地讲,钝化层42用作母线50与上部掺杂区36之间的“阻挡层”。不受任何特定理论的束缚或限制,据信,母线50与上部掺杂区36之间的物理分离是有益的,原因至少有两个:其一,这种分离防止第二金属(例如Cu)扩散进底部基板34。据信,防止这种扩散将防止相对的掺杂区被母线50的第二金属分流。其二,据信这种物理分离降低金属和硅界面处的少量载流子复合。据信,通过减小金属/硅界面的面积,因复合而导致的损耗通常得以降低并且开路电压(Voc)和短路电流密度(Jsc)通常得以改善。该面积的减小是因为钝化层42设置在大部分母线50与上部掺杂区36之间,而指状物44是与底部基板34的上部掺杂区36接触的唯一金属组件。PV电池32的另外实施例现在将在下文立即描述。
[0127] 图12的PV电池32与图3A的相似,但包括不连续的指状物44。母线50设置在在指状物44之间限定的间隙47上方。间隙47可具有多种宽度,前提是母线50与指状物44电接触。指状物44可主要包含一种金属,例如Ag,而母线50包含另一种金属,例如Cu(如上所述)。因具有间隙47,制造成本可得以降低(诸如通过降低所用的Ag的总量),和/或粘附力可受到积极的影响。
[0128] 图13的PV电池32与图12的相似,但是还包括设置在指状物44a上方的补充性指状物44a。补充性指状物44b可包含与母线50相同的材料(例如Cu)或不同的材料。补充性指状物44b和母线50可以是分开的(例如,一个位于另一个上方)或一体的。通过利用补充性指状物44b,指状物44a(例如Ag指状物)的大小可得以降低,这可以降低制造成本和/或改善粘附力。
[0129] 图14的PV电池32包括指状物44、母线50a以及设置在指状物44和母线50a上方的补充性母线极板50b。指状物44和母线50可以是分开的或一体的。指状物44和母线50a可包含相同的大部分金属(例如Ag),或彼此不同。母线极板50b可包含Cu或另一种金属,例如当通过本发明的组合物形成时。通过利用母线极板50b,母线50a(例如Ag母线50a)的大小可得以降低。
[0130] 图15的PV电池32与图12和14的相似,但是包括一对母线50a和设置在母线50a上方的补充性母线50b。指状物44和母线50a可以是分开的或一体的。指状物44和母线50a可包含相同的大部分金属(例如Ag),或彼此不同。补充性母线50b可包含Cu或另一种金属。通过利用补充性母线50b,母线50a的大小可得以降低。
[0131] 图16和17的PV电池32与图12的相似,但是包括具有代替间隙47的极板的指状物44。带极板的指状物44可有助于改善与母线50的电接触以及改善粘附力,同时降低所用的Ag的量并降低制造成本。图17的指状物44具有中空极板,即,内部间隙47,其可以降低制造成本并对粘附力产生积极的影响。母线50的一部分可设置在中空带极板的指状物44的间隙
47中。
[0132] 图18的PV电池32与图12的相似,但是包括具有设置在其上的补充性指状物44b的不连续指状物44a。不连续指状物44a可以为多种形状,诸如矩形、方形、点或它们的组合。此类指状物44a可以镀覆、印刷或以另一种方式形成。多个间隙47由不连续指状物44a限定。补充性指状物44b和母线50可以为分开的或一体的。通过使用不连续指状物44a和补充性指状物44b,制造成本可得以降低。不连续指状物44a通常接触发射极26,而补充性指状物44b和母线50运载电流。
[0133] 图19和20的PV电池32与图3B的类似。在图19中,第一电极40限定一个孔49,而在图20中,第一电极40限定多个孔49。孔49还由钝化层42(若存在)限定。第二电极45设置在第一电极40上方并与底部基板34经由孔49形成电接触。底部基板34可以包含或可以不包含邻近孔49的掺杂38。底部基板34可与第二电极45直接接触。当第二电极45由组合物20”形成时,焊料24可防止金属粉26(例如Cu)渗入/迁移进底部基板34(例如Si)的可能性。通过利用孔
49,制造成本可得以降低。作为另外一种选择,电介质钝化层42可位于Cu电极45与基板34之间。钝化层42的可能有益效果是改善电荷复合的降低,从而导致改善的电池32效率。
[0134] 图21的PV电池32具有交指式背接触(IBC)构造,其具有交指式指状物40和一对母线45。母线45可由组合物20”形成,而指状物40可由另一种金属(例如Ag)形成。此类IBC构造是本领域知晓的。组合物20不限于如上所述的任何特定类型的构态。
[0135] 本发明还提供形成PV电池32的方法。该方法包括将组合物20”施加到指状物44的上部48以形成层50”的步骤。组合物可通过如上文所提到的多种方法施加。在某些实施例中,将组合物印刷在指状物44的上部48的至少一部分上以形成层50”。可以利用多种类型的沉积方法,诸如通过丝网或孔版进行的印刷,或其他方法,诸如气溶胶、喷墨、凹版或柔版印刷。在某些实施例中,将组合物直接丝网印刷到钝化层42的各部分以及指状物44的上部48上。
[0136] 在施加组合物20”后,底部基板34的上部掺杂区36通常不与层50”(直接)物理接触。可将组合物20”施加到钝化层42上并围绕每个指状物44以使指状物44的上部48与层50”形成直接的物理和电接触。
[0137] 该方法还包括将层50”加热到不超过约300℃的温度以形成母线50(即,导体20)的步骤。通常将层50”加热到约150至约300、约175至约275、约200至约250或约225℃的温度。在某些实施例中,将层50”在约250℃或更低的温度下加热以形成母线50。此类温度通常烧结层50”中的第三金属(即,焊料粉末),但不烧结层50”中的第二金属(例如,金属粉末)以形成母线50。这种加热在本领域中也可称为回流或烧结。
[0138] 可将层50”加热多种时长以形成母线50。通常,仅将层50”加热形成母线50所需的一段时间。此类时间可经由常规实验确定。可将惰性气体(例如N2气层)用于防止Cu 26在用焊料24”涂布前过早氧化。不必要地对母线50过度加热一段较长的时间可损坏上部掺杂区36或PV电池32的其他组件,包括母线50。可将相同类型的方法用于采用本发明的组合物在第一电极40上形成第二电极45。这可以是如上所述用本发明的组合物20”形成母线50的替代形式或除此之外还加以利用的形式。
[0139] 在一个实施例中,在形成母线50前,该方法包括将涂层组合物施加到底部基板34的上部掺杂区36以形成钝化层42的步骤。涂层组合物可包含多种组分,诸如适于形成上述钝化层42的那些组分。涂层组合物可通过如上文所介绍的多种方法施加。例如,可以利用PECVD工艺。在钝化层42包含SiNx的实施例中,可将硅烷、氨和/或其他前体用于PECVD炉以形成钝化层42。
[0140] 该方法还包括以对应于要形成的指状物44的指状物图案将金属组合物施加到钝化42层的各部分的步骤。在施加后,各指状物图案通常使其下部与钝化层42接触并使其上部与钝化层42间隔开。金属组合物可通过如上文所提到的多种方法施加。在某些实施例中,将金属组合物印刷在钝化层42的各部分上以形成指状物图案。可以使用多种类型的印刷方法,诸如丝网、孔版、气溶胶、喷墨、凹版或柔版印刷。在某些实施例中,将金属组合物直接丝网印刷在钝化层42上以形成指状物图案。在其他实施例中,将金属组合物电化学沉积在钝化层42的各部分上以形成指状物图案。其他合适的方法在上文进行了描述。
[0141] 金属组合物包含大量存在于金属组合物中的第一金属。此类量在上文进行了描述。通常,第一金属为Ag。金属组合物通常包含一种或多种用于蚀刻进钝化层42的组分。此类组分通常包括烧结含铅玻璃。除了含铅玻璃外或作为另外一种选择,还可以使用其他组分,诸如无铅或低铅玻璃。
[0142] 可将多种类型的烧结或未烧结Ag或Al糊剂用作金属组合物。此类糊剂通常包含有机载体。在高温加工或“焙烧”时,有机载体烧尽并从本体组合物中移除。Ag粒子分散在整个载体中。可包含溶剂以调节糊剂的流变性。烧结的糊剂包括玻璃料,其通常含有PbO、B2O3和SiO2。该方法不限于任何特定的烧结Ag糊剂,前提是糊剂可在如下所述的高温下蚀刻穿盖板。合适的烧结Ag糊剂的例子可从俄亥俄州梅菲尔德高地福禄公司(Ferro,Mayfield Heights,OH)和宾夕法尼亚州西康舍霍肯贺利氏材料科技有限公司(Heraeus Materials Technology,LLC,West Conshohocken,PA)商购获得。
[0143] 该方法还包括加热指状物图案以形成指状物44的步骤。通常将指状物图案加热到约250至约1000、约500至约900或约720℃的温度。此类温度通常烧结指状物图案中的第一金属以形成指状物44。该加热步骤的温度相对于用于形成母线50(即,导体20)的加热步骤通常要高得多。此外,玻璃料允许指状物图案蚀刻穿钝化层42并在冷却时发生相分离。这允许指状物44与底部基板34的上部掺杂区36直接电接触。这种加热在本领域中也可称为焙烧。
[0144] 可将指状物图案加热多种时长,以蚀刻穿钝化层42。通常,仅将指状物图案加热指状物44均匀接触上部掺杂区36所需的一段时间。此类时间可经由常规实验确定。不必要地对指状物44过度加热一段较长的时间可损坏上部掺杂区36或PV电池32的其他组件。在加热指状物图案使得它们可蚀刻穿钝化层42后,该方法还包括将组合物施加到指状物44的上部48的至少一部分以形成如上所述的层50”的步骤。
[0145] 在另一个实施例中,指状物44以与在上面的实施例中所述的不同方式形成。钝化层42可如上所述而形成。在形成钝化层42后,在其中形成孔。孔可通过多种方法形成,诸如通过激光烧蚀、化学蚀刻、物理蚀刻等。这种蚀刻不同于上述指状物36“蚀刻”。然后在孔中形成指状物44。这些指状物44通常为如上所述的镀覆指状物44。指状物44可通过将多种金属沉积到孔中而形成。可以使用多种工艺,并且可将不同的工艺用于指状物44的每一层。可将电化学蚀刻工艺用于在孔中形成层。通常,此类工艺不需要如上所述的单独的加热/焙烧步骤。在形成指状物44后,该方法还包括将组合物施加到指状物44的上部48的至少一部分以形成如上所述的层50”的步骤。
[0146] 与导体20一样,母线50可直接焊接,其可用于将多个PV电池32互联在一起,诸如通过将带状物或互连件附接到PV电池32的母线50。通过使用母线50和互联条,可能的是有效地从指状物44收集电流。如上文所介绍,PV电池32可用于多种应用。
[0147] 参见图11,将互联条52设置在母线50上。在某些实施例中,互联条52可直接焊接到PV电池32的母线50。在其他实施例中,可在母线50与互联条52之间使用另外的焊料(未示出)。可将助熔装置用于帮助熔接,诸如助熔剂笔或助熔剂床。互联条52本身也可以包含助熔剂,诸如Sn或Sn合金和助熔剂。互联条52可由多种材料诸如Cu、Sn等形成。这种互联条52可用于连接一系列PV电池32。例如,PV电池模块(未示出)可包括多个PV电池32。互联条52(例如带状物)通常与PV电池32的母线50物理接触以电串联PV电池32。互联条52在本领域中也可以称为互连。PV模块还可以包括其他组件,诸如粘结层、基板、覆板和/或提供强度和稳定性的另外材料。在许多应用中,对PV电池32进行封装以提供另外的保护,使其免受环境因素(诸如雨)的侵害。
[0148] 以下说明本发明的组合物20”和导体20的实例是旨在说明而非限制本发明。用于形成组合物的各组分的量和类型在下表1至3中指出,其中所有以重量%表示的值均基于相应组合物的总重量,除非另外指明。(Tom/Raghu,我们希望用实例来支持本发明以表明稳定性/储存寿命、粘附强度、固化时间、破裂强度,优选地,用具有旧组成的比较例,例如该组成在内部使用强力胶,而不是我们的胶水)。
[0149] 表1
[0150]
[0151]
[0152] 聚合物为包含环氧氯丙烷和双酚A的反应产物的固体环氧树脂并具有500-560g/eq的=EEW,可从陶氏化学公司商购获得。
[0153] 添加剂1为单萜烯醇,可从西格玛奥德里奇公司商购获得。
[0154] 添加剂2为二溴化苯乙烯,可从西格玛奥德里奇公司商购获得。
[0155] 羧化聚合物为具有约238的酸值(在固态下)的低分子量苯乙烯-丙烯酸共聚物,可巴斯夫公司商购获得。
[0156] 二羧酸可从西格玛奥德里奇公司商购获得。
[0157] 单羧酸可从瀚森特种化学公司商购获得。
[0158] 添加剂3为丙二醇,可从西格玛奥德里奇公司商购获得。
[0159] 添加剂4为苄醇,可从西格玛奥德里奇公司商购获得。
[0160] 金属粉末为铜粉末,可从三井矿业冶炼公司商购获得。
[0161] 固体粉末1为Sn42/Bi58合金,具有约138℃的熔融温度,可从美国铟泰公司商购获得。
[0162] 固体粉末2为Sn96.5/Ag3.5合金,具有约221℃的熔融温度,可从美国铟泰公司商购获得。
[0163] 添加剂5为钛酸酯粘附促进剂,可从肯瑞奇石油化工有限公司商购获得。
[0164] 添加剂6为包含草酰双(亚苄基酰肼)的铜去活剂,可从伊士曼化工公司商购获得。
[0165] 添加剂7为不含有机硅的消泡剂,可从毕克添加剂和仪器部门商购获得。
[0166] 添加剂8是包含2-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷的硅烷粘附促进剂,可从道康宁公司商购获得。
[0167] 添加剂9为丁基卡必醇,可从陶氏化学公司(Dow Chemical)商购获得。
[0168] 表2
[0169]
[0170] 表3
[0171]
[0172]
[0173] 银粉末为得自福禄公司的常规银薄片。
[0174] 二聚酸为具有低单体含量和三聚物含量的蒸馏二聚化脂肪酸,可从佛罗里达州杰克逊维尔亚利桑那化学有限公司(Arizona Chemical of Jacksonville,FL)商购获得。
[0175] 添加剂10为2-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷。
[0176] 参见图22和23,得自90度剥离测试的数据示出了糊剂与不同基板的粘结性以及糊剂通过焊接连接到外部配线的能力。参见图24,示出了取决于组成差异的糊剂体电阻。显然的是,在组成和主要组分比率上略有不同的所有九种糊剂的电阻率保持相对不受影响,并在3至6×10-5Ω.cm的范围内。表1至3的实例编号对应于图22至24中的那些编号,即实例1至9。
[0177] 制备了一系列5英寸(12.7cm)的单晶硅电池(晶片)以施加Ag和Cu糊剂。制备了上表1中基于实例0的Cu糊剂。将Cu糊剂用1重量%的丁基卡必醇稀释以改善印刷流变性。经由得自赛发(Sefar)公司的母线丝网(325或165目的不锈丝网,具有12.7μm的网浆厚度(PEF2)和22°或45°的网格旋转)将Cu糊剂印刷在晶片上以形成Cu母线。通过AMI丝网印刷机以约0.68kg的下压力并通过台子上200μm的空白晶片进行印刷。印刷速度以印刷-印刷模式设为3至5英寸/秒。对晶片进行印刷并使其穿过BTU Pyramax N2回流炉。
[0178] 对Cu母线在湿热(DH;85℃,85%相对湿度)老化条件下的耐久性进行了测定。将Cu母线的未封装印刷物用于监测Cu体电阻率(ρ)。还利用TLM方法用接触电阻率(ρc)监测了互联条/Cu母线的质量。在暴露于DH1000小时后,相对于Ag母线未观察到Cu母线的劣化。
[0179] 使用闪点测定仪(Berger PSS 10 II)进行了电流-电压(I-V)测量。Cu母线表明在正面母线实例中与比较性Ag母线相比Voc和Jsc增加。具体地讲,包括Cu母线的电池显示出相对于包括Ag母线的电池明显的Voc和Jsc改善。这种增加通常分别对应于Voc和Jsc 0.6%和2.59%的相对增加。据信,这种增加归因于金属/硅接触面积的减小,如上文所述。
[0180] 制备了一批具有背面接触极板的丝网印刷Al BSF晶片。这些晶片包括正面Ag和正面Cu印刷物,所有的都具有背面Ag母线。用如上所述的Cu糊剂印刷了Cu母线。将电池人工互联并在封装前进行测试。使用典型的工业互联条进行电池的互联。在这些实例中,可使用390℃的焊铁和助熔剂手工进行互联。与I-V和Suns Voc一起测量了正面栅极电阻以确定电池和金属化的质量。测量结果在图25至27中示出。该批次显示出改善的Voc和Jsc,同样归因于金属/硅接触面积的减小。
[0181] 制备了另一系列5英寸(12.7cm)的单晶硅电池(晶片)以施加另外的Ag和Cu糊剂。重复制备了上表1中的实例0以测试另外的Cu电极。电池均包括标准Ag正面隔栅(指状物和母线)和背面Al层(第一电极)。将Cu电极(第二电极)直接印刷在Al第一电极的顶部。在背面Al层(第一电极)中具有开口而将Ag/Al母线印刷在开口上以形成第二电极的比较例在附图中通过“Ag”表示。实例0在附图中通过“Cu R”或只是通过“Cu”表示。所有电池均来自该相同的批次(即,相同地进行加工直至使用Ag或Cu进行背面金属化)。将这些电池通过手工焊接而互联。
[0182] 使用闪点测定仪(PSS 10 II)进行了电流-电压(I-V)测量。参见图28,示出了与作为第二电极的Ag母线实例相比的背面Cu母线实例0的I-V数据。两个实例均具有正面Ag母线,并被构造成i-PERC电池。参见图29,示出了具有印刷在背面上的Cu母线实例0或Ag对照的Al BSF电池的I-V结果。将电池使用EVA或有机硅聚合物(表示为Si)封装成小型模块。效率相当而Voc表现出改善。图30示出了在Al上具有Ag触点的比较电池和在Al上具有Cu触点(根据实例0)的发明电池的I-V特性。如图33所示,Cu接触极板对电池性能无负面影响。
[0183] 参见图31,示出了实例0的横截面SEM显微照片。深灰色通常指示Cu,中灰色通常指示Sn,白色区域通常指示富含Bi的Sn区域,而黑色区域通常指示空隙和/或环氧/丙烯酸粘结剂。
[0184] 参见图32,显示了示出比较PV电池和发明PV电池的效率百分比的箱体图,而图33示出了这些实例的Jsc,并且图34示出了Voc。具体地讲,测量了样品的IV数据。Ag实例为149-1至15,Cu F实例为149-A至S。显示了平均值。比较例和发明实例与上文在之前的实例附图中所述的相同。通过这些数据清楚地表明,使用本发明的Cu母线具有明显的电池性能改善。
据信,这种改善源于:通过减小高温焙烧Ag金属化触点而减小金属/硅界面的面积从而使复合减少。
[0185] 图35是横截面光学显微镜照片,示出了本发明的互联母线。具体地讲,将Cu母线印刷在SiNx钝化层的顶部和Ag指状物的顶部,随后进行互联。本发明组合物的多种组分以横截面示出。示出了与互联条/母线和母线/指状物的直接焊料粘结,以及Cu母线与基板之间的粘合剂接触。
[0186] 图36是折线图,示出了在湿热老化后比较PV电池和发明PV电池实例的Jsc。图37是折线图,示出了在湿热老化后比较PV电池和发明PV电池的Voc,并且图38是折线图,示出了在湿热老化后比较PV电池和发明PV电池实例的薄片电阻率(rs)。从这些曲线图中显而易见的是,Cu糊剂在腐蚀性条件下不劣化性能。
[0187] 上述数值中的一个或者多个可变化±5%、±10%、±15%、±20%、±25%等,只要差异保持在本发明的范围之内。可以从独立于所有其他成员的马库什(Markush)组的每个成员中获得意料不到的结果。每个成员可以被单独地和/或组合地依赖,并且为所附权利要求的范围内的具体实施例提供足够的支持。本文明确设想到独立权利要求从属权利要求(单项从属和多项从属)的所有组合的主题。本公开的说明文字是示例性的,而不是限制性的。按照上述教导内容,本发明的许多修改形式和变型形式是可能的,并且本发明可以不按本文具体描述那样实施。
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