[發(fā)明專利]一種用于硅太陽電池柵極的銅導(dǎo)電漿料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410351786.1
• 申請日: 2014-07-23
• 公開（公告）號: CN104143385A
• 公開（公告）日: 2014-11-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊德仁;楊黎飛;趙妍;呂卿民;吳曉蕾;余學功
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學
• 主分類號: H01B1/22
• 分類號: H01B1/22;H01B13/00;H01L31/0224
• 代理公司: 杭州天勤知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于太陽能應(yīng)用領(lǐng)域，尤其涉及一種用于硅太陽電池柵極的銅導(dǎo)電漿料及其制備方法。

背景技術(shù)

硅太陽電池需要一個位于上表面的柵極收集電流。工業(yè)上，這種金屬化的柵極由銀漿絲網(wǎng)印刷術(shù)制備。約占電池生產(chǎn)成本30％的銀漿耗費是降低電池生產(chǎn)成本的主要瓶頸，同時，金屬銀的有限資源儲備，也是硅太陽電池達到極大規(guī)模使用的最主要障礙。因此，用導(dǎo)電性良好，成本低，儲量豐富的其他金屬替代銀被認為是硅太陽電池的未來技術(shù)進步的一個必經(jīng)環(huán)節(jié)。

目前，一些業(yè)界主要公司于2011聯(lián)合發(fā)表了一份晶體硅太陽電池發(fā)展技術(shù)路線報告，明確提出要在2015年開始逐步實現(xiàn)銀電極的替代。因其僅次于銀的電導(dǎo)率和較低的價格及在微電子領(lǐng)域的成功應(yīng)用經(jīng)驗，銅被認為是最有希望的替代者。

然而，在成功將銅電極引入硅太陽電池制程前，需要解決兩個難題。

第一、銅在空氣中容易被氧化而使其導(dǎo)電性急劇下降。

第二、銅在硅中的溶解度，擴散系數(shù)均很高，極其微量的銅金屬擴散進入硅電池就會使電池效率大幅下降；目前的解決方案是在硅與銅之間增設(shè)一層阻擋層材料，防止銅擴散進入硅。微電子領(lǐng)域的銅互連技術(shù)采用的阻擋層材料是TaN，在太陽能電池領(lǐng)域，考慮到成本的限制，多數(shù)研究選擇的阻擋層材料是Ti和Ni。

以銅取代銀做硅太陽電池電極的具體工藝路線主要有電鍍銅和銅漿料絲網(wǎng)印刷兩種。目前電鍍銅工藝的進展較大，已經(jīng)有國外的研究機構(gòu)在實驗室中成功制備了基于銅電極的高效率硅太陽電池樣品。電鍍銅工藝的成功是因為其較好的解決了上述兩個難題。

首先，為防止銅的擴散，在電鍍銅之前，先在硅片上電鍍一層鎳作為阻擋層。在電鍍銅之后再電鍍一層錫，以保護銅不被氧化。

此外，銅電鍍工藝的操作溫度很低(約80℃)，遠低于銀漿絲網(wǎng)印刷的溫度(約700～800℃)，在較低的溫度下，銅的擴散及其對硅電池的不利影響都能被極大的抑制，從而在本質(zhì)上保證了電鍍銅工藝的可行性。

雖然電鍍銅工藝已經(jīng)取得了巨大的進步，但卻遲遲沒有被太陽電池制造商們接受，主要的原因是電鍍銅工藝比目前的絲網(wǎng)印刷工藝復(fù)雜許多，會帶來額外的設(shè)備成本和運行成本。另外，電鍍銅電極與硅片的粘附力弱的問題比較嚴重，給后續(xù)電池互聯(lián)成組件的工序帶了很大的挑戰(zhàn)，這也嚴重阻礙了電鍍銅技術(shù)的推廣。容易為太陽電池生產(chǎn)企業(yè)接受的是基于銅漿料的絲網(wǎng)印刷技術(shù)。如果這種技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)，生產(chǎn)企業(yè)幾乎不需要對其現(xiàn)有的生產(chǎn)設(shè)備和流程做任何大的調(diào)整，只要將銀漿料替換為銅漿料，即可實現(xiàn)銅電極電池的生產(chǎn)。然而，銅漿料的開發(fā)難度更大，除了漿料配方外(銀漿料的配方只掌握在少數(shù)幾家外國公司手中)，必須有恰當?shù)姆椒朔衔奶峒暗氖褂勉~電極的兩個難題—氧化和擴散。

因此，開發(fā)一種可以同時解決氧化和擴散問題的銅漿料，將具有巨大的應(yīng)用價值。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種用于硅太陽電池柵極的銅導(dǎo)電漿料，以鎳包裹銅核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒作為導(dǎo)電銅漿料的導(dǎo)電主體，所述的銅導(dǎo)電漿料在具備優(yōu)良導(dǎo)電性的同時防止銅的氧化和擴散。

本發(fā)明公開了一種用于硅太陽電池柵極的銅導(dǎo)電漿料，包括作為導(dǎo)電主體的鎳包裹銅納米顆粒和有機溶劑，導(dǎo)電主體的質(zhì)量分數(shù)為70～90％。

作為優(yōu)選，所述的鎳包裹銅納米顆粒的平均粒徑為200～400nm。進一步優(yōu)選為200nm。

所述的鎳包裹銅納米顆粒，在每個銅顆粒表面形成完整的鎳包裹層10～20nm，將鎳包裹銅納米顆粒中鎳和銅的質(zhì)量比限定為0.05～0.3:1；更優(yōu)選為0.12:1。此時，即能保證銅顆粒表面的完整包覆，又可維持金屬銅的優(yōu)良導(dǎo)電性。

作為優(yōu)選，所述的有機溶劑為松油醇、丁基卡必醇或鄰苯二甲酸二丁酯，進一步優(yōu)選為松油醇。

作為優(yōu)選，所述的銅導(dǎo)電漿料中還包括作為導(dǎo)電燒結(jié)助劑的銅錫低共熔物合金(Cu₆Sn₅)納米顆粒，所述的導(dǎo)電主體與導(dǎo)電燒結(jié)助劑的質(zhì)量比為10～20:1。導(dǎo)電燒結(jié)助劑的加入可以顯著降低銅漿料的使用燒結(jié)溫度，從本質(zhì)上抑制銅的擴散和對硅太陽電池產(chǎn)生的危害，獲得了具備低溫燒結(jié)特性的銅導(dǎo)電漿料。

進一步優(yōu)選，所述的導(dǎo)電燒結(jié)助劑即為Cu₆Sn₅納米顆粒，所述的導(dǎo)電主體質(zhì)量分數(shù)為80％，導(dǎo)電主體與導(dǎo)電燒結(jié)助劑的質(zhì)量比為10:1。