制备MWT太阳能电池电极中的包含具有高玻璃化转变温度的无机反应体系的导电浆料

摘要

本发明涉及用于制备太阳能电池中的电极，特别是用于制备MWT太阳能电池中的电极，特别是用于制备该类太阳能电池中的金属穿孔卷绕电极或插入式电极且包含具有高玻璃化转变温度的无机反应体系的导电浆料。特别地，本发明涉及太阳能电池前体、制备太阳能电池的方法、太阳能电池和包含太阳能电池的组件。本发明涉及一种太阳能电池前体，其至少包含如下作为前体部件：i)具有至少一个孔的晶片，所述孔具有Si表面；ii)由所述孔包含的导电浆料，其至少包含如下作为浆料成分：a)金属颗粒；b)无机反应体系；c)有机载体和d)添加剂，其中所述无机反应体系具有高于约550℃的玻璃化转变温度。

说明书

发明领域

本发明涉及一种制备太阳能电池中的电极，特别是制备MWT太阳能电池中的电极，特别是制备该类太阳能电池中的金属穿孔卷绕(metalwrapthrough)或插入式(plug)电极且包含具有高玻璃化转变温度的无机反应体系的导电浆料。特别地，本发明涉及一种太阳能电池前体、一种制备太阳能电池的方法、一种太阳能电池和一种包含太阳能电池的组件。

发明背景

太阳能电池是利用光伏效应将光能转化成电力的装置。太阳能是有吸引力的绿色能源，因为其可持续且仅产生非污染性副产物。因此，目前已进行了大量研究以开发具有提高的效率，同时持续降低材料和生产成本的太阳能电池。当光照在太阳能电池上时，一部分入射光被表面反射，而剩余部分传递至太阳能电池中。传递的光子被太阳能电池吸收，太阳能电池通常由半导电材料制成，例如通常被适当掺杂的硅。吸收光子的能量激发半导电材料的电子，从而产生电子-空穴对。然后，这些电子-空穴对被p-n结分离且被太阳能电池表面上的导电电极收集。图2显示了简单太阳能电池的最小结构。

太阳能电池非常普遍地基于硅(通常呈Si晶片形式)。此处，p-n结通常通过提供n型掺杂的Si衬底并在一个面上施加p型掺杂层，或者通过提供p型掺杂的Si衬底并在一个面上施加n型掺杂层而制备，从而在两种情况下均获得所谓的p-n结。具有所施加的掺杂剂层的面通常作为电池的正面，具有初始掺杂剂的Si相对侧作为背面。n型和p型太阳能电池都是可能的，且已工业开发。设计成在两面上均利用入射光的电池也是可能的，但其应用并不广泛。

为了使太阳能电池正面上的入射光进入并吸收，正面电极通常设置成两组垂直的直线，分别称为“栅线(finger)”和“汇流条”。栅线形成与正面的电接触，而汇流条将这些栅线连接，从而允许有效地将电荷提取到外部电路中。对栅线和汇流条的该设置而言，通常以导电浆料的形式施加，将其焙烧以形成固体电极体。背面电极通常也以导电浆料的形式施加，然后将其焙烧以获得固体电极体。

制备太阳能电池的另一种方法是借助正面电极的背接触而提高正面吸收的入射光比例。在所谓的MWT(“金属穿孔卷绕”)太阳能电池中，太阳能电池正面上的电极通过连接正面和背面且包含电极材料的通道与背面接触，这通常称为金属穿孔卷绕电极或插入式电极。

典型的导电浆料包含金属颗粒、无机反应体系和有机载体。

本领域需要具有改进的性能的太阳能电池，尤其是具有改进的性能的MWT太阳能电池。

发明简述

本发明通常基于如下目的：克服与太阳能电池有关，尤其是与金属穿孔卷绕太阳能电池有关，尤其是与金属穿孔卷绕电极的机械和电性能有关的现有技术中所遇到的至少一个问题。

更具体地，本发明进一步基于提供一种金属穿孔卷绕电极的目的，其显示出与MWT太阳能电池中通道的Si表面的低电接触，优选同时显示出太阳能电池的其他有利的电和物理性能。

对实现至少一个上述目的的贡献由构成本发明权利要求的主题类别作出。其他贡献由代表本发明具体实施方案的本发明从属权利要求的主题作出。

详细描述

对实现至少一个上述目的的贡献由一种太阳能电池前体作出，其至少包含如下作为前体部件：

i)具有至少一个孔的晶片，其中所述孔具有Si表面；

ii)由所述孔包含的导电浆料(下文也称为第一浆料)，其至少包含如下作为浆料成分：

a)金属颗粒；

b)无机反应体系；

c)有机载体；和

d)添加剂；

其中所述无机反应体系具有高于约550℃，优选高于约600℃，更优选高于约650℃的玻璃化转变温度。在一些情况下，所述玻璃化转变温度可高达约1000℃或更低。

在本发明太阳能电池前体的一个实施方案中，所述无机反应体系以约0.1-约5重量％，优选约0.3-约3重量％，更优选约0.5-约2重量％存在于第一浆料中。

在本发明太阳能电池前体的一个实施方案中，所述无机反应体系为玻璃料。

在本发明太阳能电池前体的一个实施方案中，至少一个孔为连接晶片正面和背面的通道。

在本发明太阳能电池前体的一个实施方案中，至少一个孔中的Si表面包含至少一个p型掺杂的部分和至少一个n型掺杂的部分。

在本发明太阳能电池前体的一个实施方案中，所述金属颗粒为Ag颗粒。

在本发明太阳能电池前体的一个实施方案中，所述第一浆料与孔的Si表面直接接触。

在本发明太阳能电池前体的一个实施方案中，在所述晶片的正面上存在其他导电浆料。在另一实施方案中，在所述晶片的背面上存在至少一种其他导电浆料。在又一实施方案中，在所述晶片的背面和正面上均存在其他导电浆料。

在本发明太阳能电池前体的一个实施方案中，所述无机反应体系具有低Pb含量，优选小于0.5重量％，更优选小于0.3重量％，最优选小于0.1重量％，优选无Pb含量，基于所述无机反应体系的总重量。在另一实施方案中，所述浆料中的总Pb含量小于0.025重量％，优选小于0.015重量％，更优选小于0.005重量％，优选无Pb含量，基于所述浆料的总重量。

对实现至少一个上述目的的贡献由一种制备太阳能电池的方法作出，其至少包括如下步骤：

i)提供本发明的太阳能电池前体；

ii)焙烧所述太阳能电池前体以获得太阳能电池。

在所述制备本发明太阳能电池的方法的一个实施方案中，步骤i)的提供至少包括如下步骤：

a)提供具有呈相反掺杂类型的背面掺杂层和正面掺杂层的Si晶片；

b)在所述晶片中产生至少一个孔；

c)将导电浆料引入至少一个孔中以获得本发明的前体。

对实现至少一个上述目的的贡献由可通过本发明方法获得的太阳能电池实现。

对实现至少一个上述目的的贡献由一种具有至少一个孔的太阳能电池作出，所述孔包含插入式电极，其中所述插入式电极包含Tg为至少550℃，优选至少600℃，更优选至少650℃的无机反应体系。在一些情况下，所述插入式电极包含玻璃化转变温度高达1000℃或更低的无机反应体系。

在本发明太阳能电池的一个实施方案中，所述插入式电极的Pb含量小于0.03重量％，优选小于0.015重量％，更优选小于0.005重量％，基于所述插入式电极的总重量。

在本发明的一个实施方案中，所述太阳能电池至少包含如下作为太阳能电池部件：

i)具有至少一个孔的晶片，所述孔具有Si表面；

ii)由所述孔包含的插入式电极，

其中插入式电极与Si表面接触的表面处的插入式电极中的玻璃浓度高于插入式电极主体中的浓度。

对实现至少一个上述目的的贡献由一种包含至少一个本发明太阳能电池和至少一个其他太阳能电池的组件作出。

晶片

根据本发明，优选的晶片为相对于太阳能电池的其他区域，尤其能以高效率吸收光，从而产生电子-空穴对，且以高效率通过边界，优选通过所谓的p-n结边界分离空穴和电子的区域。根据本发明，优选的晶片为包含由正面掺杂层和背面掺杂层组成的单一物体的那些。

优选晶片由适当掺杂的四价元素、二元化合物、三元化合物或合金组成。就此而言，优选的四价元素为Si、Ge或Sn，优选Si。优选的二元化合物为两种或更多种四价元素的组合、第III族元素与第V族元素的二元化合物、第II族元素与第VI族元素的二元化合物或第IV族元素与第VI族元素的二元化合物。优选的四价元素组合为两种或更多种选自Si、Ge、Sn或C的元素的组合，优选SiC。优选的第III族元素与第V族元素的二元化合物为GaAs。根据本发明，最优选晶片基于Si。作为最优选的晶片材料，Si在本申请的其余部分明确指出。其中明确提及Si的下文文本部分也适用于上述其他晶片组成。

晶片的正面掺杂层与背面掺杂层相遇之处即为p-n结边界。在n型太阳能电池中，背面掺杂层掺杂有给电子性n型掺杂剂，且正面掺杂层掺杂有电子接受性或给空穴性p型掺杂剂。在p型太阳能电池中，背面掺杂层掺杂有p型掺杂剂，且正面掺杂层掺杂有n型掺杂剂。根据本发明，优选通过首先提供掺杂的Si衬底，然后在该衬底的一面施加相对类型的掺杂层而制备具有p-n结边界的晶片。

掺杂的Si衬底是本领域技术人员所公知的。掺杂的Si衬底可以以本领域技术人员所已知且认为适于本发明上下文中的任何方式制备。本发明Si衬底的优选来源为单晶Si、多晶Si、无定形Si和升级冶金级Si，其中最优选单晶Si或多晶Si。用于形成掺杂Si衬底的掺杂可通过在制备Si衬底期间添加掺杂剂而同时进行，或者可在随后步骤中进行。Si衬底制备后的掺杂可例如通过气体扩散外延生长进行。掺杂Si衬底也可容易地市购。根据本发明，一种选择是首先在其形成的同时通过将掺杂剂添加至Si混合物中而掺杂Si衬底。根据本发明，一种选择是通过气相外延生长施加正面掺杂层和存在的话高度掺杂的背面层。该气相外延生长优选在约500-约900℃，更优选约600-约800℃，最优选约650-约750℃的温度和约2-约100kPa，优选约10-约80kPa，最优选约30-约70kPa的压力下进行。

本领域技术人员已知Si衬底可具有许多种形状、表面织构和尺寸。所述形状可为许多不同形状之一，尤其包括立方体、盘状、晶片和不规则多边形。根据本发明，优选的形状为晶片状，其中晶片为具有两个类似，优选相等的尺寸和显著小于其他两个尺寸的第三尺寸的立方体。就此而言，“显著小于”优选小至少约100倍。

各种表面类型是本领域技术人员所已知的。根据本发明，优选具有粗糙表面的Si衬底。一种评价衬底粗糙度的方式是评估衬底子表面(sub-surface)的表面粗糙度参数，该子表面与衬底的总表面积相比较小，优选小于总表面积的约百分之一，且基本上是平面的。表面粗糙度参数的值由子表面的面积与通过将所述子表面投射至与该子表面最佳拟合(通过使均方位移最小化而拟合)的平面上而形成的理论表面的面积之比给出。表面粗糙度参数的值越高，则表明越粗糙、越不规则的表面，而表面粗糙度参数的值越小，则表明越光滑、越平整的表面。根据本发明，优选对Si衬底的表面粗糙度进行调节以使得在许多因素之间产生最佳平衡，所述因素包括但不限于光吸收和栅线与表面的粘合性。

可改变Si衬底的两个较大尺寸以适应所得太阳能电池所需的应用。根据本发明，优选Si晶片的厚度小于约0.5mm，更优选小于约0.3mm，最优选小于约0.2mm。一些晶片具有约0.01mm或更高的最小尺寸。

根据本发明，优选正面掺杂层比背面掺杂层薄。根据本发明，优选正面掺杂层具有约0.1-约10μm，优选约0.1-约5μm，最优选约0.1-约2μm的厚度。

可将高度掺杂的层在背面掺杂层和任何其他层之间施加至Si衬底的背面。该高度掺杂的层具有与背面掺杂层相同的掺杂类型，且该层通常标记为+(n⁺型层施加至n型背面掺杂层，p⁺型层施加至p型背面掺杂层)。该高度掺杂的背面层用于辅助金属化和改善衬底/电极界面区域处的导电性能。根据本发明，优选该高度掺杂的背面层(如果存在的话)具有约1-约100μm，优选约1-约50μm，最优选约1-约15μm的厚度。

掺杂剂

优选的掺杂剂为在添加至Si晶片中时通过在能带结构中引入电子或空穴而形成p-n结边界的那些。根据本发明，优选这些掺杂剂的确定和浓度可经特别选择，从而根据需要调节p-n结的能带结构轮廓并设定光吸收和导电性谱。根据本发明，优选的p型掺杂剂为将空穴添加至Si晶片能带结构中的那些。它们是本领域技术人员所公知的。可使用本领域技术人员所已知且认为适于本发明上下文的所有掺杂剂作为p型掺杂剂。根据本发明，优选的p型掺杂剂为三价元素，特别是周期表第13族的那些。就此而言，优选的周期表第13族元素包括但不限于B、Al、Ga、In、Tl或其至少两种的组合，其中特别优选B。

根据本发明，优选的n型掺杂剂为将电子添加至Si晶片能带结构中的那些。它们是本领域技术人员所公知的。可使用本领域技术人员所已知且认为适于本发明上下文的所有掺杂剂作为n型掺杂剂。根据本发明，优选的n型掺杂剂为周期表第15族的元素。就此而言，优选的周期表第15族元素包括N、P、As、Sb、Bi或其至少两种的组合，其中特别优选P。

如上所述，可改变p-n结的各种掺杂水平以调节所得太阳能电池的所需性能。

根据本发明，优选背面掺杂层为轻度掺杂的，优选具有约1×10¹³-约1×10¹⁸cm^-3，优选约1×10¹⁴-约1×10¹⁷cm^-3，最优选约5×10¹⁵-约5×10¹⁶cm^-3的掺杂剂浓度掺杂。一些商业产品包含具有约1×10¹⁶掺杂剂浓度的背面掺杂层。

根据本发明，优选高度掺杂的背面层(如果存在的话)是高度掺杂的，优选具有约1×10¹⁷-约5×10²¹cm^-3，更优选约5×10¹⁷-约5×10²⁰cm^-3，最优选约1×10¹⁸-约1×10²⁰cm^-3的浓度。

导电浆料

根据本发明，优选的导电浆料为可施加至表面且在焙烧时形成与该表面电接触的固体电极体的浆料。所述浆料的成分及其比例可由本领域技术人员选择以使得该浆料具有所需的性能，例如烧结和印刷性且所得电极具有所需的电和物理性能。所述浆料中可存在金属颗粒，主要是使得所得电极体为导电性的。为了获得合适的烧结和蚀刻性能，可使用无机反应体系。就本发明而言，优选的导电浆料的示例性组成可包含：

i)金属颗粒，优选至少约50重量％，更优选至少约70重量％，最优选至少约80重量％；

ii)无机反应体系，优选玻璃料，优选约0.1-约5重量％，更优选0.3-3重量％，最优选0.5-2重量％；

iii)有机载体，优选约5-约40重量％，更优选约5-约30重量％，最优选约5-约15重量％；

iv)添加剂，优选约0.1-约22重量％，更优选约0.1-约15重量％，最优选约2-约10重量％；

其中重量％各自基于所述导电浆料的总重量，且加合为100重量％。

为了促进导电浆料的印刷性，根据本发明，优选所述导电浆料的粘度为约10-约50Pa·s，更优选为约20-约40Pa·s，最优选为约20-约35Pa·s。

金属颗粒

就本发明而言，优选的金属颗粒为显示出金属导电性或者在焙烧后得到显示出金属导电性的物质的那些。存在于所述导电浆料中的金属颗粒为在该导电浆料在焙烧后烧结时所形成的固体电极给出了金属导电性。有利于有效烧结并得到具有高电导率和低接触电阻的电极的金属颗粒是优选的。金属颗粒是本领域技术人员所公知的。可使用本领域技术人员所已知且认为适于本发明上下文的所有金属颗粒作为所述导电浆料中的金属颗粒。根据本发明，优选的金属颗粒为金属、合金、至少两种金属的混合物、至少两种合金的混合物或至少一种金属与至少一种合金的混合物。

根据本发明，可用作金属颗粒的优选金属为Ag、Cu、Al、Zn、Pd、Ni、Pb及其至少两种的混合物，优选Ag。根据本发明，可用作金属颗粒的优选合金为包含至少一种选自列表Ag、Cu、Al、Zn、Ni、W、Pb、Pd或混合物或两种或更多种那些合金。

在本发明的一个实施方案中，所述金属颗粒包含涂覆有一种或多种其他不同的金属或合金的金属或合金，例如涂覆有银的铜。

在本发明的一个实施方案中，所述金属颗粒为Ag。在本发明的另一实施方案中，所述金属颗粒包含Ag和Al的混合物。

作为除上述成分之外的金属颗粒的其他成分，根据本发明，优选为有助于所形成电极的更有利烧结性能、电接触、粘合性和导电性的那些成分。在所述金属颗粒中，可使用本领域技术人员所已知且认为适于本发明上下文的所有其他成分。根据本发明，优选为代表与待施加所述导电浆料的面互补的掺杂剂的那些其他成分。当形成与n型掺杂的Si层界面连接的电极时，优选能在Si中起n型掺杂剂作用的添加剂。就此而言，优选的n型掺杂剂为第15族元素或者在焙烧后得到该类元素的化合物。就此而言，本发明优选的第15族元素为P和Bi。当形成与p型掺杂的Si层界面连接的电极时，优选能在Si中起p型掺杂剂作用的添加剂。优选的p型掺杂剂为第13族元素或者在焙烧后得到该类元素的化合物。就此而言，本发明优选的第13族元素为B和Al。

本领域技术人员公知金属颗粒可具有各种形状、表面、尺寸、表面积与体积比、氧含量和氧化物层。许多形状是本领域技术人员所已知的。一些实例为球状、角状、细长状(棒状或针状)和扁平状(片状)。金属颗粒也可作为不同形状颗粒的组合形式存在。根据本发明，优选为具有一种形状或形状组合且有利于所制得电极的有利烧结、电接触、粘合性和导电性的金属颗粒。在不考虑表面特性下，一种表征该类形状的方式是借助参数长度、宽度和厚度。就本发明而言，颗粒的长度由两个端点包含在颗粒内的最长空间位移矢量的长度给出。颗粒的宽度由与上文所定义的长度矢量垂直且两个端点包含在颗粒内的最长空间位移矢量的长度给出。颗粒的厚度由与上文所定义的长度矢量和宽度矢量垂直且两个端点包含在颗粒内的最长空间位移矢量的长度给出。在本发明的一个实施方案中，优选具有尽可能均一形状的金属颗粒，即其中涉及长度、宽度和厚度的比例尽可能接近1的形状，优选所有比例均处于约0.7-约1.5，更优选约0.8-约1.3，最优选约0.9-约1.2的范围内。因此，在该实施方案中，金属颗粒的优选形状实例为球状和立方体或其组合，或者其一种或多种与其他形状的组合。在本发明的另一实施方案中，优选具有低形状均一性的金属颗粒，优选具有大于约1.5，更优选大于约3，最优选大于约5的至少一个涉及长度、宽度和厚度尺寸的比值。根据该实施方案，优选的形状为薄片状、棒状或针状，或者薄片状、棒状或针状与其他形状的组合。

各种表面类型是本领域技术人员所已知的。根据本发明，对金属颗粒的表面类型而言，有利于有效烧结且获得所制得电极的有利电接触和导电性的表面类型是有利的。

另一种表征金属颗粒的形状和表面的方式是借助表面积与质量之比，通常称为比表面积。在本发明的一个实施方案中，所述金属颗粒优选具有约0.04-约2m²/g，优选约0.1-约1m²/g，更优选约0.1-约0.5m²/g的比表面积。

粒径d₅₀以及相关值d₁₀和d₉₀是本领域技术人员所公知的颗粒特性。根据本发明，优选所述金属颗粒的平均粒径d₅₀为约0.5-约15μm，更优选约1-约13μm，最优选约1-约10μm。粒径d₅₀的测定是本领域技术人员所公知的。

所述金属颗粒可具有表面涂层。可将本领域技术人员所已知且认为适于本发明上下文的任何该类涂层用于所述金属颗粒上。根据本发明，优选的涂层为促进所述导电浆料的改进的印刷、烧结和蚀刻特性的那些涂层。如果存在该涂层，则根据本发明优选所述涂层对应于不超过约10重量％，优选不超过约8重量％，最优选不超过约5重量％，在每种情况下基于所述金属颗粒的总重量。

在本发明的一个实施方案中，所述金属颗粒以占该导电浆料的大于约50重量％，优选大于约70重量％，最优选大于约80重量％的比例存在。

无机反应体系

根据本发明，所述导电浆料中存在无机反应体系以导致蚀刻和烧结。有效的蚀刻是蚀穿可施加在Si晶片上且因此位于正面掺杂层和所施加的导电浆料之间的任何其他层和/或以合适程度蚀入Si晶片中所需的。Si晶片的合适蚀刻意味着足够深，从而导致电极和硅晶片之间的良好机械接触，但不导致良好电接触且因此导致高接触电阻。优选的无机反应体系为玻璃料。

在本发明太阳能电池前体的一个实施方案中，所述无机反应体系为玻璃料。

就本发明而言，优选的无机反应体系，优选玻璃料为显示出玻璃化转变的无定形或部分结晶的固体的粉末。玻璃化转变温度T_g为无定形物质在加热时由刚性固体转变成部分流动的过冷熔体时的温度。测定玻璃化转变温度的方法是本领域技术人员所公知的。由所述无机反应体系，优选玻璃料所导致的蚀刻和烧结在高于该无机反应体系，优选玻璃料(存在的话)的玻璃化转变温度下发生，且此时该玻璃化转变温度必须低于所需的峰值焙烧温度。无机反应体系(包括玻璃料)是本领域技术人员所公知的。本领域技术人员所已知且认为适于本发明上下文的所有无机反应体系或玻璃料均可用作所述导电浆料中的无机反应体系，优选用作所述玻璃料。

就本发明而言，存在于所述导电浆料中的无机反应体系，优选玻璃料优选包含元素、氧化物、在加热时产生氧化物的化合物、其他化合物或其混合物。就此而言，优选的元素为Si、B、Al、Bi、Li、Na、Mg、Pb、Zn、Gd、Ce、Zr、Ti、Mn、Sn、Ru、Co、Fe、Cu、Ba、Cr或该列表中两种或更多种的混合物。就本发明而言，本发明可包含的优选氧化物为碱金属氧化物、碱土金属氧化物、稀土氧化物、第V和VI族氧化物、其他氧化物或其组合。就此而言，优选的碱金属氧化物为氧化钠、氧化锂、氧化钾、氧化铷、氧化铯或其组合。就此而言，优选的碱土金属氧化物为氧化铍、氧化镁、氧化钙、氧化锶、氧化钡或其组合。就此而言，优选的第V族氧化物为磷氧化物，例如P₂O₅；铋氧化物，例如Bi₂O₃；或其组合。就此而言，优选的第VI族氧化物为碲氧化物，例如TeO₂或TeO₃；硒氧化物，例如SeO₂；或其组合。优选的稀土氧化物为铈氧化物，例如CeO₂；和镧氧化物，例如La₂O。就此而言，其他优选的氧化物为硅氧化物，例如SiO₂；锌氧化物，例如ZnO；铝氧化物，例如Al₂O₃；锗氧化物，例如GeO₂；钒氧化物，例如V₂O₅；铌氧化物，例如Nb₂O₅；氧化硼；钨氧化物，例如WO₃；钼氧化物，例如MoO₃；铟氧化物，例如In₂O₃；上文作为优选元素所列的那些元素的其他氧化物；或其组合。优选的氧化物还为包含至少两种作为所述无机反应体系(优选为玻璃料)的优选元素成分列出的元素的混合氧化物，或者通过加热至少一种上文提及的氧化物与至少一种上文提及的金属而形成的混合氧化物。就本发明而言，还优选至少两种上文所列氧化物和混合氧化物的混合物。

如上所述，当所述无机反应体系，优选玻璃料具有玻璃化转变温度时，所述玻璃化转变温度优选低于所述导电浆料的所需焙烧温度。根据本发明，优选的无机反应体系(优选为玻璃料)为具有高玻璃化转变温度，优选高于约600℃，更优选高于约650℃，最优选高于约700℃的那些。在一些情况下，所述玻璃化转变温度高达1000℃或更低。

一种表征所述无机反应体系的形状和表面的方式是借助表面积与质量之比，通常称为比表面积。在本发明的一个实施方案中，所述无机反应体系的颗粒优选具有约0.1-约5m²/g，优选约0.3-约3m²/g，更优选约0.5-约1m²/g的比表面积。

平均粒径d₅₀以及相关参数d₁₀和d₉₀是本领域技术人员所公知的颗粒特性。根据本发明，优选所述无机反应体系的平均粒径d₅₀为约0.1-约10μm，更优选约0.5-约7μm，最优选约0.8-约5μm。粒径d₅₀的测定是本领域技术人员所公知的。

在本发明的一个实施方案中，所述无机反应体系以约0.1-约15重量％存在于所述浆料中。

在一些情况下，优选无机反应体系(优选为玻璃料)以低浓度存在。在本发明太阳能电池前体的一个实施方案中，所述无机反应体系以约0.1-约5重量％，优选0.3-3重量％，更优选0.5-2重量％存在于所述浆料中。

有机载体

就本发明而言，优选的有机载体为基于一种或多种确保所述导电浆料的成分以溶解、乳化或分散形式存在的溶剂，优选有机溶剂的溶液、乳液或分散体。优选的有机载体为提供导电浆料中各成分的最佳稳定性且赋予该导电浆料以允许有效线印刷性的粘度的那些。根据本发明，优选的有机载体包含如下作为载体组分：

(i)粘合剂，优选为约1-约10重量％，更优选约2-约8重量％，最优选约3-约7重量％；

(ii)表面活性剂，优选为约0-约10重量％，更优选约0-约8重量％，最优选约0-约6重量％；

(iii)一种或多种溶剂，其比例取决于所述有机载体中的其他成分的比例；

(iv)添加剂，优选为约0-约15重量％，更优选约0-约13重量％，最优选约5-约11重量％；

其中重量％各自基于所述有机载体的总重量且加合为100重量％。根据本发明，优选的有机载体为允许获得上述导电浆料的优选高水平印刷性的那些。

粘合剂

就本发明而言，优选的粘合剂为有助于形成具有有利的稳定性、印刷性、粘度、烧结和蚀刻性能的导电浆料的那些。粘合剂是本领域技术人员所公知的。可使用本领域技术人员所已知且认为适于本发明上下文的所有粘合剂作为有机载体中的粘合剂。根据本发明，优选的粘合剂(通常落入称为“树脂”的类别中)为聚合物粘合剂、单体粘合剂以及为聚合物和单体组合的粘合剂。聚合物粘合剂也可为共聚物，其中在一个分子中包含至少两种不同的单体单元。优选的聚合物粘合剂为在聚合物主链中带有官能团的那些、在主链之外带有官能团的那些以及在主链之内和之外均带有官能团的那些。优选的在主链中带有官能团的聚合物例如为聚酯、取代的聚酯、聚碳酸酯、取代的聚碳酸酯、在主链中带有环状基团的聚合物、多糖、取代的多糖、聚氨酯、取代的聚氨酯、聚酰胺、取代的聚酰胺、酚醛树脂、取代的酚醛树脂、一种或多种前述聚合物单体任选与其他共聚单体的共聚物，或其至少两种的组合。优选的在主链中带有环状基团的聚合物例如为聚丁酸乙烯酯(PVB)及其衍生物，和聚萜品醇及其衍生物，或其混合物。优选的多糖例如为纤维素及其烷基衍生物，优选甲基纤维素、乙基纤维素、丙基纤维素、丁基纤维素及其衍生物，及其至少两种的混合物。优选的在聚合物主链之外带有官能团的聚合物为带有酰胺基的那些、带有酸和/或酯基的那些(通常称为丙烯酸类树脂)，或带有上述官能团的组合的聚合物，或其组合。优选的在主链之外带有酰胺基的聚合物例如为聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)及其衍生物。优选的在主链之外带有酸和/或酯基的聚合物例如为聚丙烯酸及其衍生物、聚甲基丙烯酸酯(PMA)及其衍生物，或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)及其衍生物，或其混合物。根据本发明，优选的单体粘合剂为乙二醇基单体、萜品醇树脂或松香衍生物，或其混合物。优选的基于乙二醇的单体粘合剂为具有醚基、酯基的那些，或者具有醚基和酯基的那些，其中优选的醚基为甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基和更高级烷基醚，优选的酯基为乙酸酯及其烷基衍生物，优选乙二醇单丁基醚单乙酸酯，或其混合物。就本发明而言，最优选的粘合剂为烷基纤维素，优选乙基纤维素、其衍生物及其与选自前述粘合剂列表或其他的其他粘合剂的混合物。

表面活性剂

就本发明而言，优选的表面活性剂为有助于形成具有有利的稳定性、印刷性、粘度、烧结和蚀刻性能的导电浆料的那些。表面活性剂是本领域技术人员所公知的。可使用本领域技术人员所已知且认为适于本发明上下文的所有表面活性剂作为有机载体中的表面活性剂。就本发明而言，优选的表面活性剂为基于线性链、支化链、芳族链、氟化链、硅氧烷链、聚醚链及其组合的那些。优选的表面活性剂为单链的、双链的或者多重链的。根据本发明，优选的表面活性剂具有非离子、阴离子、阳离子或两性离子头。优选的表面活性剂为聚合物型的和单体型的，或其混合物。根据本发明，优选的表面活性剂可具有颜料亲和性基团，优选具有颜料亲和性基团的羟基官能羧酸酯、具有颜料亲和性基团的丙烯酸酯共聚物、具有颜料亲和性基团的改性聚醚(例如DISPERS655，由EvonikTegoChemieGmbH生产)、具有高颜料亲和性基团的其他表面活性剂(例如DISPERS662C，由EvonikTegoChemieGmbH生产)。根据本发明，不处于上述列表中的其他优选的聚合物为聚乙二醇及其衍生物，和烷基羧酸及其衍生物或盐，或其混合物。根据本发明，优选的聚乙二醇衍生物为聚(乙二醇)乙酸。优选的烷基羧酸为具有完全饱和烃基链的那些，和具有单或多不饱和烃基链的那些，或其混合物。优选的具有饱和烃基链的羧酸为具有长度为约8-约20个碳原子的烃基链的那些，优选C₉H₁₉COOH(癸酸)、C₁₁H₂₃COOH(月桂酸)、C₁₃H₂₇COOH(肉豆蔻酸)、C₁₅H₃₁COOH(棕榈酸)、C₁₇H₃₅COOH(硬脂酸)或其混合物。优选的具有不饱和烃基链的羧酸为C₁₈H₃₄O₂(油酸)和C₁₈H₃₂O₂(亚油酸)。根据本发明，优选的单体型表面活性剂为苯并三唑及其衍生物。

溶剂

根据本发明，优选的溶剂为在烧结期间以显著程度从所述导电浆料中移除的浆料成分，优选在焙烧后以与焙烧前相比绝对重量减少至少约80％，优选与焙烧前相比减少至少约95％的存在的那些。根据本发明，优选的溶剂为允许形成具有有利粘度、印刷性、稳定性和烧结特性的导电浆料且获得具有有利导电性和与衬底的电接触的电极的那些。溶剂是本领域技术人员所公知的。可使用本领域技术人员所已知且认为适于本发明上下文的所有溶剂作为所述有机载体中的溶剂。根据本发明，优选的溶剂为允许获得上述导电浆料的优选高水平印刷性的那些。根据本发明，优选的溶剂为在标准环境温度和压力(SATP)(298.15K，25℃，77°F)，100KPa(14.504psi，0.986atm)下以液体存在的那些，优选具有高于约90℃的沸点和高于约-20℃的熔点的那些。根据本发明，优选的溶剂为极性或非极性、质子或非质子、芳族或非芳族的。根据本发明，优选的溶剂为一元醇、二元醇、多元醇、单酯、二酯、多酯、单醚、二醚、多醚，包含至少一个或多个这些类别的官能团的溶剂，其任选包含其他类别的官能团，优选环状基团、芳族基团、不饱和键、一个或多个O原子被杂原子代替的醇基团、一个或多个O原子被杂原子代替的醚基团、一个或多个O原子被杂原子代替的酯基团，以及两种或更多种上述溶剂的混合物。就此而言，优选的酯为己二酸的二烷基酯，其中优选的烷基构成部分为甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基和更高级烷基或两种不同的该类烷基的组合，优选为己二酸二甲酯，以及两种或更多种己二酸酯的混合物。就此而言，优选的醚为二醚，优选为乙二醇的二烷基醚，其中优选的烷基构成部分为甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基和更高级烷基或两种不同该类烷基的组合，和不同二醚的混合物。就此而言，优选的醇为伯、仲和叔醇，优选叔醇，其中优选萜品醇及其衍生物，或两种或更多种醇的混合物。组合有多于一种不同官能团的优选溶剂为2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯(通常称为texanol)及其衍生物，2-(2-乙氧基乙氧基)乙醇(通常称为卡必醇)及其烷基衍生物，优选甲基、乙基、丙基、丁基、戊基和己基卡必醇，优选己基卡必醇或丁基卡必醇，及其乙酸酯衍生物，优选丁基卡必醇乙酸酯，或上述至少2种的混合物。有机载体中的添加剂

有机载体中的优选添加剂为不同于上述载体组分且有助于有利的导电浆料性能(例如有利的粘度、烧结、所制得电极的导电性和与衬底的良好电接触)的那些添加剂。可使用本领域技术人员所已知且认为适于本发明上下文的所有添加剂作为有机载体中的添加剂。根据本发明，优选的添加剂为触变剂、粘度调节剂、稳定剂、无机添加剂、增稠剂、乳化剂、分散剂或pH调节剂。就此而言，优选的触变剂为羧酸衍生物，优选脂肪酸衍生物或其组合。优选的脂肪酸衍生物为C₉H₁₉COOH(癸酸)、C₁₁H₂₃COOH(月桂酸)、C₁₃H₂₇COOH(肉豆蔻酸)、C₁₅H₃₁COOH(棕榈酸)、C₁₇H₃₅COOH(硬脂酸)、C₁₈H₃₄O₂(油酸)、C₁₈H₃₂O₂(亚油酸)或其组合。就此而言，包含脂肪酸的优选组合为蓖麻油。

导电浆料中的添加剂

就本发明而言，优选的添加剂为除明确提及的其他成分之外添加至导电浆料中的成分，所述添加剂有助于提高导电浆料的性能、其制得的电极的性能或所得太阳能电池的性能。可使用本领域技术人员所已知且认为适于本发明上下文的所有添加剂作为导电浆料中的添加剂。除存在于载体中的添加剂之外，导电浆料中也可存在添加剂。根据本发明，优选的添加剂为触变剂、粘度调节剂、乳化剂、稳定剂或pH调节剂、无机添加剂、增稠剂和分散剂或其至少两种的组合，而无机添加剂是最优选的。就此而言，本发明的优选无机添加剂为Mg、Ni、Te、W、Zn、Mg、Gd、Ce、Zr、Ti、Mn、Sn、Ru、Co、Fe、Cu、Cr或其至少两种的组合，优选为Zn、Sb、Mn、Ni、W、Te、Ru或其至少两种的组合，或其氧化物，可在焙烧后产生这些金属氧化物的化合物，或至少两种上述金属的混合物，至少两种上述氧化物的混合物，至少两种上述可在焙烧后产生这些金属氧化物的化合物的混合物，或者上述任意两种或更多种的混合物。

太阳能电池前体

对实现至少一个上述目的的贡献由一种太阳能电池前体作出。就本发明而言，优选MWT型太阳能电池前体。在该前体中，上述第一导电浆料存在于至少一个连接晶片正面与背面的通道中。可与第一浆料相同或不同的第二导电浆料存在于太阳能电池的正面上，且与所述通道中的浆料接触。可与第一和第二浆料相同或不同的第三浆料存在于太阳能电池的背面上且不与第一浆料接触。

在本发明太阳能电池前体的一个实施方案中，在所述晶片的正面上存在其他导电浆料。在另一实施方案中，至少一种其他导电浆料存在于所述晶片的背面上。在又一实施方案中，在所述晶片的背面和正面上均存在其他浆料。

在本申请中，术语“通道”通常用于代替更通常的术语“孔”。所有涉及通道的描述同样适用于孔。

在本发明太阳能电池前体的一个实施方案中，至少一个孔为连接晶片正面和背面的通道。

在Si晶片中产生孔可借助本领域技术人员所已知且认为适于本发明上下文的任何方式进行。根据本发明，优选的方法为切割、蚀刻、加热、熔融、燃烧、钻孔、刺穿、冲压或穿孔，例如机械穿孔或激光穿孔，或其至少两种的组合，其中优选穿孔，更优选激光穿孔。

Si晶片中的孔可具有许多种横截面形状。可使用本领域技术人员所已知且认为适于本发明上下文的任何横截面形状。根据本发明，孔的优选横截面形状为多边形和非多边形。优选的多边形形状为三角形、正方形、长方形或其他规则或不规则多边形。优选的非多边形形状为圆形或椭圆形或其他非多边形形状。根据本发明，优选的横截面形状为圆形。

Si晶片中的孔的有效横截面直径可由本领域技术人员改变，以使得所得太阳能电池的性能最大化。当所述横截面形状不为圆形时，有效直径由具有与该孔横截面面积相等的面积的假想圆形的直径给出。就本发明而言，优选所述孔的横截面面积为约10-约500μm，更优选为约20-约300μm，最优选为约30-约250μm。

图1示例了本发明太阳能电池的一般层结构(不含单纯用于化学和机械保护的其他层)。可在该一般层结构中增加各层或者将其省略，或者各层实际上可发挥超过一个图1所示层的功能。在本发明的一个实施方案中，单个层起抗反射层和钝化层的作用。图2示例了另一一般层结构，其中省略了图1中所示的多个层。

任选地，在晶片正面上存在一个或多个层，例如正面掺杂层、正面钝化层和抗反射层可沿通道表面进一步延伸至正面的本体中。就此而言，通道表面的额外覆盖意指延伸至通道中达比正面本体中层的中值厚度大至少5％的距离的表面覆盖。通道表面的额外覆盖可对应于通道额外表面的完全或部分覆盖。通道表面的正面层的额外覆盖的存在或不存在可通过改变如下序列实现：

-将正面掺杂层施加至晶片上；

-将额外层，例如钝化层和抗反射层施加至晶片上；

-在晶片中产生通道；

-从晶片中切出面。

在本发明的一个实施方案中，正面层在通道表面上不具有额外覆盖。

在本发明太阳能电池前体的一个实施方案中，所述浆料与孔的Si表面直接接触。

在本发明太阳能电池前体的一个实施方案中，至少一个孔中的Si表面包含至少一个p型掺杂部分和至少一个n型掺杂部分。

如图5所例示，其中正面层在通道表面上不具有额外覆盖的晶片可通过如下步骤序列制备：

-施加正面掺杂层；

-施加正面钝化层和抗反射层；

-产生通道；

-切割背面和侧面以从中移除正面掺杂层、钝化层和抗反射层。

在本发明的一个实施方案中，正面掺杂层以通道表面被额外覆盖的形式存在。在该实施方案的一个方面中，钝化层也以通道表面被额外覆盖的形式存在。在该实施方案的另一方面中，抗反射层以通道表面被额外覆盖的形式存在。如图4所例示，其中通道的整个表面上存在所有正面掺杂层、钝化层和抗反射层的晶片可通过如下步骤序列制备：

-产生通道；

-施加正面层；

-施加正面钝化层和抗反射层；

-切割背面和侧面以从中移除正面掺杂层、钝化层和抗反射层。

制备太阳能电池的方法

对实现至少一个上述目的的贡献由一种制备太阳能电池的方法作出，其至少包括如下作为工艺步骤：

i)提供上文所述的太阳能电池前体，特别是组合上述任意实施方案；和

ii)焙烧所述太阳能电池前体以获得太阳能电池。

根据本发明，优选在产生孔之前，在晶片中形成p-n结。在一个实施方案中，步骤i)的提供至少包括如下步骤：

a)提供具有相对掺杂类型的背面掺杂层和正面掺杂层的Si晶片；

b)在晶片中产生至少一个孔；

c)将导电浆料引入至少一个孔中以获得本发明的前体。

印刷

根据本发明，优选正面、背面和插入式电极各自通过施加导电浆料，然后焙烧所述导电浆料以获得烧结体而施加。所述导电浆料可以以本领域技术人员所已知且认为适于本发明上下文的任何方式施加，包括但不限于浸渍、浸涂、倾注、滴淌、注射、喷涂、刮涂、幕式淋涂、刷涂、印刷或其至少两种的组合，其中优选的印刷技术为喷墨印刷、丝网印刷、移印、平版印刷、凸版印刷、模版印刷或其至少两种的组合。根据本发明，优选所述导电浆料通过印刷，优选通过丝网印刷施加。根据本发明，优选丝网具有直径为约20-约100μm，更优选约30-约80μm，最优选约40-约70μm的网孔。如在太阳能电池前体部分中所详述的那样，优选施加至通道的导电浆料为本发明所述的那些。用于形成正面和背面电极的导电浆料可与用于通道中的浆料相同或不同，优选不同，且可彼此相同或不同。

焙烧

根据本发明，优选通过首先施加导电浆料，然后焙烧所述导电浆料以获得固体电极体而形成电极。焙烧是本领域技术人员所公知的且可以以本领域技术人员所已知且认为适于本发明上下文的任何方式实施。在无机反应体系(优选为玻璃料)具有高玻璃化转变温度时，优选焙烧在高于玻璃料的玻璃化转变温度下实施。

根据本发明，对焙烧所设定的最高温度为低于约900℃，优选低于约860℃。已使用低达约820℃的焙烧温度来获得太阳能电池。根据本发明，优选焙烧在快速焙烧方法中以约30秒至约3分钟，更优选约30秒至约2分钟，最优选约40秒至约1分钟的总焙烧时间进行。高于约600℃的时间最优选为约3-约7秒。

正面、背面上以及孔中的导电浆料的焙烧可同时或顺序进行。如果导电浆料具有类似，优选相同的最佳焙烧条件，则同时焙烧是合适的。合适的话，根据本发明优选同时实施焙烧。

太阳能电池

对实现至少一个上述目的的贡献由一种可通过本发明方法获得的太阳能电池实现。根据本发明，优选的太阳能电池为就转化成电能输出的总入射光能量比例而言的高效率且轻质和耐用的那些。

抗反射涂层

根据本发明，在太阳能电池正面上的电极之前，可施加抗反射涂层以作为外层，通常作为最外层。根据本发明，优选的抗反射涂层为降低由正面反射的入射光比例且提高通过正面而被晶片吸收的入射光比例的那些。有利地的是获得有利吸收/反射比的抗反射涂层对所用的导电浆料的蚀刻敏感，但耐受导电浆料焙烧所需的温度，且无助于提高电子和空穴在电极界面附近重组。可使用本领域技术人员所已知且认为适于本发明上下文的所有抗反射涂层。根据本发明，优选的抗反射涂层为SiN_x、SiO₂、Al₂O₃、TiO₂或其至少两种的混合物，和/或其至少两个层的组合，其中特别优选SiN_x，特别是其中使用Si晶片。

抗反射涂层的厚度适于合适光的波长。根据本发明，优选抗反射涂层具有20-约300nm，更优选约40-约200nm，最优选约60-约90nm的厚度。

钝化层

根据本发明，可在电极之前或者如果存在抗反射层则在抗反射层之前，在正面和/或背面上施加一个或多个钝化层以作为外层或最外层。优选的钝化层为降低电子/空穴在电极界面附近重组比率的那些。可使用本领域技术人员所已知且认为适于本发明上下文的任何钝化层。根据本发明，优选的钝化层为氮化硅、二氧化硅和二氧化钛，最优选氮化硅。根据本发明，钝化层优选具有约0.1nm至约2μm，更优选约10nm至约1μm，最优选约30nm至约200nm的厚度。

电极

对实现至少一个上述目的的贡献由一种具有至少一个孔的太阳能电池作出，所述孔包含电极，其中所述电极包含Tg为至少550℃，优选至少600℃，更优选至少650℃的无机反应体系。在一些情况下，Tg可高达1000℃或更低。

优选太阳能电池中的插入式电极在该电极与Si晶片相遇的界面处具有玻璃累积，优选呈玻璃的电绝缘层形式。在本发明太阳能电池的一个实施方案中，所述太阳能电池至少包含如下作为太阳能电池部件：

i)具有至少一个孔的晶片，所述孔具有Si表面；

ii)由所述孔包含的电极；

其中所述电极与Si表面接触的表面处的该电极中的玻璃浓度高于该电极主体中的浓度。

其他保护层

除上文所述的直接对太阳能电池的原理功能作出贡献的层之外，出于机械和化学保护的目的，可增加其他层。

可将电池封装以提供化学保护。封装是本领域技术人员所公知的且可使用本领域技术人员所已知且认为适于本发明上下文的任何封装。根据本发明，如果存在该封装，则优选使用透明聚合物(通常称为透明热塑性树脂)作为封装材料。就此而言，优选的透明聚合物例如为硅橡胶和聚乙烯-乙酸乙烯酯(PVA)。

可在所述太阳能电池的正面上增加透明玻璃片以提供对电池正面的机械保护。透明玻璃片是本领域技术人员所公知的，且可使用本领域技术人员已知的且认为适于本发明上下文的任何透明玻璃片作为太阳能电池正面的保护。

可在太阳能电池的背面上增加背面保护材料以提供机械保护。背面保护材料是本领域技术人员所公知的，且可使用本领域技术人员所已知的且认为适于本发明上下文的任何背面保护材料作为太阳能电池背面上的保护。根据本发明，优选的背面保护材料为具有良好机械性能和耐候性的那些。根据本发明，优选的背面保护材料为具有聚氟乙烯层的聚对苯二甲酸乙二醇酯。根据本发明，优选背面保护材料存在于封装层的下方(在存在背面保护层和封装二者的情况下)。

可在太阳能电池的外部增加框架材料以提供机械支撑。框架材料是本领域技术人员所公知的，且可使用本领域技术人员所已知且认为适于本发明上下文的任何框架材料作为框架材料。根据本发明，优选的框架材料为铝。

太阳能电池板

对实现至少一个上述目的的贡献由一种组件作出，其包含至少一个如上文所述获得的太阳能电池，特别是根据至少一个上述实施方案的太阳能电池，和至少一个其他太阳能电池。根据本发明，多个太阳能电池可空间和电连接地设置以形成称为组件的集合装置。根据本发明，优选的组件可具有许多种形式，优选具有称为太阳能电池板的矩形表面。太阳能电池的大量电连接方式以及该电池机械设置和固定以形成集合装置的大量方式是本领域技术人员所公知的，且可使用本领域技术人员所已知且认为适于本发明上下文的任何该类方法。根据本发明，优选的方法为导致低质量:输出功率比、低体积:输出功率比和高耐用性的那些。铝是用于机械固定本发明太阳能电池的优选材料。

附图说明

现在借助附图解释本发明，所述附图仅仅意欲阐述而不应认为限制本发明的范围。简言之：

图1显示了太阳能电池的一般层结构的横截面视图；

图2显示了太阳能电池的另一一般层结构的横截面视图；

图3a、3b和3c一起示意了焙烧正面浆料的方法；

图4a、4b、4c、4d和4e一起示意了制备具有孔、正面掺杂层和任选的其他正面层的晶片的方法，其中正面掺杂层和任选的其他正面层覆盖孔的表面；

图5a、5b、5c、5d和5e一起示意了制备具有孔、正面掺杂层和任选的其他正面层的晶片的方法，其中正面掺杂层和任选的其他正面层未覆盖孔的表面；

图6显示了在本发明太阳能电池的插入式电极和晶片之间的表面处的连续玻璃层；

图7显示了在对比太阳能电池的插入式电极和晶片之间的表面处的仅分离的玻璃岛。

图1显示了本发明太阳能电池100的一般层结构(不包括单纯起化学和机械保护作用的其他层)的横截面视图。由背面出发且连续朝向正面，太阳能电池100包含背面电极107、背面钝化层112、高度掺杂的背面层111、背面掺杂层104、p-n结边界102、正面掺杂层103、正面钝化层110、抗反射层109和正面电极106，其中正面电极渗穿抗反射层109和正面钝化层110且渗入正面掺杂层103足够深，从而与正面掺杂层形成良好的电接触，但不如此深以至于分流(shunt)p-n结边界102。孔电极105存在于连接太阳能电池的正面和背面的孔中。根据本发明，该电极优选为Ag电极。在100表示n型电池的情况下，背面电极107优选为银电极，高度掺杂的背面层111优选为P重度掺杂的Si，背面掺杂层104优选为P轻度掺杂的Si，正面掺杂层103优选为B重度掺杂的Si，抗反射层109优选为氮化硅层，且正面电极106优选为银和铝的混合物。在100表示p型电池的情况下，背面电极107优选为混合银和铝电极，高度掺杂的背面层111优选为B重度掺杂的Si，背面掺杂层104优选为B轻度掺杂的Si，正面掺杂层103优选为P重度掺杂的Si，抗反射层109优选为氮化硅层，且正面电极106优选为银。图2为示意性的，且仅显示了一个孔。本发明不限制背面电极107、正面电极106、孔或孔电极105的数量。

图2显示了太阳能电池200的横截面视图，其表示本发明太阳能电池所需的最小层结构。由背面出发且连续朝向正面，太阳能电池200包含背面电极107、背面掺杂层104、p-n结边界102、正面掺杂层103和正面电极106，其中正面电极渗入正面掺杂层103足够深，从而与其形成良好的电接触，但不如此深以至于分流p-n结边界102。背面掺杂层104和正面掺杂层103一起构成了单一掺杂的Si晶片101。在连接所述太阳能电池的正面和背面的孔中存在孔电极105。根据本发明，该电极优选为Ag电极。在200表示n型电池的情况下，背面电极107优选为银电极，背面掺杂层104优选为P轻度掺杂的Si，正面掺杂层103优选为B重度掺杂的Si，且正面电极106优选为混合银和铝电极。在200表示p型电池的情况下，背面电极107优选为混合银和铝电极，背面掺杂层104优选为B轻度掺杂的Si，正面掺杂层103优选为P重度掺杂的Si，且正面电极106优选为银电极。该图是示意性的，本发明不限制正面电极105、背面电极107、孔或孔电极105的数量。

图3a、3b和3c一起示意了焙烧不具有覆盖孔表面的正面层的前体以获得太阳能电池的方法。图3a、3b和3c为示意性的和概括性的，且将除构成p-n结的那些层之外的其他层简单地视为任选的其他层，而未更详细地考虑。

图3a示意了施加正面电极和孔电极之前的晶片300a。由背面出发且继续朝向正面，施加正面电极之前的晶片300a任选包含位于背面316上的其他层、背面掺杂层104、p-n结边界102、正面掺杂层103和位于正面314上的其他层。位于背面316上的其他层可包含任意背面电极、背面钝化层、高度掺杂的背面层或者不含上述层。正面314上的其他层可包含任意正面钝化层、抗反射层或者不含上述层。

图3b显示了焙烧之前的在正面和孔上施加有导电浆料的晶片300b。除上述存在于300a中的层之外，在正面表面上存在导电浆料306且在孔中存在导电浆料305。

图3c显示了施加有正面电极的晶片300c。除上述存在于300a中的层之外，存在正面电极106，其由正面表面渗穿其他正面层314并渗入正面掺杂层103中且通过焙烧由图3b的导电浆料306形成。在孔中存在通过焙烧由图3b的导电浆料305形成的孔电极105。

在图3b和3c中，仅示出了一个孔、一个正面电极和一个孔电极。该图是示意性的，本发明不限制孔、正面电极或孔电极的数量。

图4a、4b、4c、4d和4e一起示意了制备具有孔、正面掺杂层和任选的其他正面层的晶片的方法，其中正面掺杂层和任选的其他正面层覆盖孔的表面。

图4a显示了随后构成背面掺杂层的晶片104。

图4b显示了产生孔315之后的晶片104。

图4c显示了在施加随后构成正面掺杂层103之后的具有孔315的晶片104。该层103存在于晶片的每一面和孔的表面上。

图4d显示了在施加其他正面层314之后的具有孔315和正面掺杂层103的晶片104。该层314存在于晶片的每一面和孔的表面上。

图4e显示了在切割背面和侧面从而留下仅存在于正面和孔表面上的正面掺杂层103和其他正面层314且具有孔315、正面掺杂层103和其他正面层314的晶片104。

图5a、5b、5c、5d和5e一起示意了制备具有孔、正面掺杂层和任选的其他正面层的晶片的方法，其中正面掺杂层和任选的其他正面层未覆盖孔表面。

图5a显示了随后构成背面掺杂层的晶片104。

图5b显示了在施加随后构成正面掺杂层103之后的晶片104。该层103存在于晶片的每一面上。

图5c显示了在施加其他正面层314之后的具有正面掺杂层103的晶片104。该层314存在于晶片的每一面和孔表面上。

图5d显示了在产生孔315之后的具有正面掺杂层103和其他正面层314的晶片104。正面掺杂层103和其他正面层314存在于晶片的所有面上，但不存在于孔表面上。

图5e显示了在切割背面和侧面从而留下仅存在于正面上的正面掺杂层103和其他正面层314且具有正面掺杂层103、其他正面层314和孔315的晶片104。

图6显示了穿过本发明太阳能电池的切片表面的扫描电子显微镜照片。图6显示了晶片601和插入式电极602，连通它们相遇的表面处的连续玻璃层603。

图7显示了穿过对比太阳能电池的切片表面的扫描电子显微镜照片。图7显示了晶片601和插入式电极602，连通它们相遇的表面处的不希望的分离玻璃相区603。

测试方法

在本发明中，使用下列测试方法。在不存在测试方法下，适用离本申请最早提交日最近的用于测量特征的ISO测试方法。在不存在明确的测量条件下，适用标准环境温度和压力(SATP)，298.15K(25℃，77°F)的温度和100kPa(14.504psi，0.986atm)的绝对压力。

扫描显微镜法

将太阳能电池以感兴趣的区域敞开的方式切开。将切开的样品置于填充有包埋材料的容器中，并以感兴趣的区域朝上的方式定向。作为包埋材料，使用EpoFix(Struers)，并根据说明混合。在室温下固化8小时后，可进一步加工样品。在第一步骤中，使用Labopol-25(Struers)用碳化硅纸180-800(Struers)以250rpm研磨样品。在进一步的步骤中，使用装备有Retroforce-4、MDPiano220和MDallegro布以及DP-SprayP3um金刚石喷布(diamondspray)(全部获自Struers)的Rotopol-2抛光样品。使用Med010(Balzers)以2毫巴的压力用碳丝0.27g/mE419ECO(获自PlanoGmbH)涂覆碳层。该研究使用装备有场发射电极的ZeissUltra55(Zeiss)，以20KV加速电压且在约3×10^-6毫巴压力下进行。

测定元素组成

在孔区域中，通过砂纸打磨焙烧的晶片而移除栅线电极(存在的话)。然后冲出孔中的插入式电极并收集。然后，使用王水和/或氢氟酸将已知量的插入式电极材料溶解。然后使用标准方法分析所得的溶液，例如ICP-OES(电感耦合等离子体发射光谱法)，或者在不使用溶解步骤下，使用微X射线荧光光谱法或EDX(能量色散X射线光谱法)在电子显微镜中分析。

比表面积

根据DINISO9277:1995进行BET测量以确定银颗粒的比表面积。对该测量使用根据SMART法(具有自适应投料速率的吸附法)工作的Gemini2360(获自Micromeritics)。作为参比材料，使用获自BAM(BundesanstaltfürMaterialforschungund-prüfung)的α-氧化铝CRMBAM-PM-102。在参比和样品池中加入填料棒以降低死体积。将所述池安装在BET装置上。测定氮气(N₂5.0)的饱和蒸气压。将样品以使得所述具有填料棒的池被完全充满且产生最小死体积的量称量至玻璃池中。将样品在80℃下保持2小时以使其干燥。在冷却后，记录样品的重量。将含有样品的玻璃池安装在测量装置上。为了使样品脱气，将其在经选择以使得无材料被吸入泵中的泵送速率下抽真空。使用脱气后的样品质量来进行计算。死体积使用氦气(He4.6)测定。使用液氮浴将所述玻璃池冷却至77K。对吸附物而言，使用在77K下具有0.162nm²分子横截面面积的N₂5.0来计算。使用5个测量点进行多点分析，所得比表面积以m²/g给出。

玻璃化转变温度

玻璃的玻璃化转变温度使用装备有样品保持架HTP40000A69.010、热电偶型号S和铂烘箱PtSTC:S(全部获自Netzsch)的DSC装置NetzschSTA449F3Jupiter(Netzsch)测定。对测量和数据评价而言，使用测量软件NetzschMessungV5.2.1和ProteusThermalAnalysisV5.2.1。作为用于参比和样品的盘，使用氧化铝盘GB399972和盖GB399973(二者获自Netzsch)，其直径为6.8mm且容积为约85μl。将约20-约30mg量的样品以0.01mg的精度称量至样品盘中。将空参比盘和样品盘置于所述装置中，关闭烘箱，开始测量。使用10K/分钟的加热速率由25℃的起始温度加热至1000℃的终点温度。仪器中的其余部分总是用氮气(N₂5.0)吹扫，且烘箱用流速为50ml/分钟的合成空气(80％N₂和20％O₂，获自Linde)吹扫。DSC信号中的第一步骤是使用上述软件评价玻璃化转变，且将所确定的起始值取作Tg的温度。I_rev

仪器：丝网印刷机(Eckra)、IV测试仪(halm)。使用HalmElektronikGmbH的市售IV测试仪“cetisPV-CTL1”表征待测试的晶片。在电测量期间，将所述测量设备的所有部件以及待测试的太阳能电池保持在25℃下。在实际测量期间，该温度总是同时在电池表面上借助温度探针测量。Xe弧光灯模拟阳光，已知其在电池表面上的AM1.5强度为1000W/m²。为了使模拟器具有该强度，所述灯在短时间内闪光数次，直至达到由IV测试仪的“PVCTControl4.313.0”软件监测的稳定水平。所述HalmIV测试仪使用多点接触方法来测量电流(I)和电压(V)以确定电池的I_rev。为此，将所述太阳能电池以使得探针栅线与电池汇流条接触的方式置于多点接触探针之间。将接触探针线的数量调节为电池表面上的汇流条数量。所有电值借助运行软件包由该实验自动确定。作为参比标样，对获自ISEFreiburg且具有相同区域尺寸、相同晶片材料且使用相同正面布图加工的校准太阳能电池进行测试，并将数据与认证的值比较。测量至少5个以非常相同的方式加工的晶片，并计算平均值。软件PVCTControl4.313.0提供了I_rev值。

粘度

粘度测量使用装备有底板(groundplate)MPC60Ti和锥板C20/0.5°Ti以及软件“HaakeRheoWinJobManager4.30.0”的ThermoFischerScientificCorp.“HaakeRheostress600”进行。在设定距离零点之后，将足以用于测量的浆料样品置于底板上。使所述锥运动至具有0.026mm间隙距离的测量位置，并用刮刀除去过量的材料。使所述样品经3分钟平衡至25℃并开始旋转测量。经48秒和50个等距测量点将剪切速率由0增大至20s^-1，进一步经312秒和156个等距测量点增大至150s^-1。在150s^-1剪切速率下60秒的等待时间之后，经312秒和156个等距测量点将剪切速率由150s^-1降至20s^-1，并进一步经48秒和50个等距测量点进一步降至0。启动微扭矩校正、微应力控制和质量惯性校正。粘度作为在剪切力降低期间的100s^-1剪切速率下的测量值给出。

薄膜方阻(sheetresistance)

为了测定掺杂硅晶片表面的薄膜方阻，使用获自GPsolarGmbH公司的装备有软件包“GP-4Test1.6.6Pro”的“GP4-TestPro”仪器。对该测量而言，使用4点测量原理。两个外部探针施加恒定电流，而两个内部探针测量电压。薄膜方阻使用欧姆定律以Ω/sq推导。为了确定平均薄膜方阻，在晶片的25个均等分布的点上进行测量。在测量之前，将所有设备和材料在温度为22±1℃的空气调节室中平衡。为了实施该测量，在“GP-Test.Pro”上装备具有尖端的4点测量头(零件编号04.01.0018)，从而刺入抗反射层和/或钝化层。施加10mA的电流。使测量头与非金属化的晶片材料接触，开始测量。在测量晶片上的25个均等分布的点之后，以Ω/sq计算平均薄膜方阻。粒度测量(d₁₀，d₅₀，d₉₀和粒度分布)

颗粒的粒度测量根据ISO13317-3:2001进行。对所述测量而言，使用具有软件Win5100V2.03.01且根据X射线重力技术工作的Sedigraph5100(获自Micromeritics)。将约400-600mg样品称量至50ml玻璃烧杯中，并添加40mlSedisperseP11(获自Micromeritics，密度为约0.74-0.76g/cm³，粘度为约1.25-1.9mPa·s)作为悬浮液体。将磁力搅拌棒加入所述悬浮液中。使用超声探头Sonifer250(获自Branson)以功率水平2运行8分钟而分散样品，同时用搅拌棒搅拌所述悬浮液。将该预处理的样品置于所述仪器内并开始测量。记录悬浮液的温度(通常为24-45℃)，且对计算而言，使用在该温度下测得的分散溶液的粘度数据。使用样品的密度和重量(对银而言，为10.5g/cm³)确定粒度分布函数。d₅₀，d₁₀和d₉₀可由该粒度分布函数容易地读取。

掺杂剂水平

掺杂剂水平使用二次离子质谱法测量。

实施例

现在借助实施例阐述本发明，所述实施例仅仅是示意性的，且不应视为限制本发明的范围。

实施例1—制备浆料

通过将有机载体(表1)、Ag粉(银粉，获自Sigma-Aldrich，粒度为5-8μm；产品编号：327093)、研磨至2μmd₅₀的玻璃料(其具有表2所示的适于具体实施例的成分)和作为添加剂的SiO₂(Sigma-Aldrich，产品编号：83340)混合而制备浆料。使所述浆料以由0巴至8巴的逐步提高的压力通过3辊研磨机。如上所述测量粘度，并以表1所给的组成添加适量有机载体以将浆料粘度调节至约20-约35Pas的目标范围。浆料成分的重量％在表3中给出。

表1

表2

玻璃料PbOSiO₂BaOZnOB₂O₃Al₂O₃CaOK₂OMgOSrONa₂OZrO₂FLa₂O₃T_g[℃]1046.9823.401.28.95.21.94.957.4700006912029.509.55.05.05.00024.05.09.52.05.0530354.826.009.57.20.70.200.301.3000490

表3

Ag的重量％玻璃料的重量％SiO₂的重量％有机载体的重量％801109

实施例2—测量I_rev

将浆料施加至不具有n型发射层且不具有任何钝化层或抗反射层的正方形单晶p型晶片上。晶片尺寸为156mm×156mm，正面具有通过碱蚀刻方法施加的织构化表面。将实施例的浆料作为一组平行栅线丝网印刷至晶片正面上。印刷使用ASYSAutomatisierungssystemeGmbHEkraE2丝网印刷机和获自KoenenGmbH的标准H图案丝网进行。丝网具有75条110μm开孔的栅线和两条1.5mm宽的汇流条。网上乳液为约16-约20μm，丝网具有325目和20μm不锈钢丝。印刷参数为1.2巴挤压压力、150mm/s正向挤压速率，200mm/s液泛(flooding)速率和1.5mm丝网间距(snapoff)。然后将具有印刷图案的器件在烘箱中在150℃下干燥10分钟。然后将所述衬底以阳光侧朝上的方式用CentrothermCell&ModuleGmbH“c-fire”快速焙烧炉焙烧。所述炉由6个区域组成。区域1设定为350℃，区域2设定为475℃，区域3设定为470℃，区域4设定为540℃，区域5设定为840℃，且区域6设定为880℃。将带速率设定为5100mm/分钟。然后测定充分处理的样品的由实施例浆料形成的汇流条的粘合力，其中大的值被视为是有利的。在-12V下评价I_rev，其中小的值被视为是有利的。对各浆料而言，I_rev和粘合性结果示于表4中。

表4

实施例编号玻璃料的T_gI_rev1691++2530--3490-

结果以如下标度表示：

--非常不利的，-不利的，+有利的，++非常有利的

实施例3—制备太阳能电池

将浆料施加至具有轻度掺杂的n型发射体(LDE)且具有90Ω/sq薄膜方阻的正方形单晶p型晶片上。晶片尺寸为156mm×156mm，正面具有通过碱蚀刻方法施加的织构化表面。正面还涂覆有购自FraunhoferISE的70nm厚PECVD(等离子体增强化学气相沉积)SiNx钝化和抗反射层。使用激光穿孔在晶片上间隔3.85cm以正方形网格图案钻出连接晶片正面和背面的直径为150μm的通道。将实施例的浆料作为晶片背面上的直径为2mm且与通道接触的第一组点和作为晶片背面上的直径为5mm且不与通道接触第二组点的丝网印刷至通道中。使用获自KoenenGmbH的标准H图案的丝网将标准商业银浆料(获自HeraeusPreciousMetalsGmbH&Co.KG的SOL9411)作为具有80μm开孔的一组平行栅线和4条与所述孔接触的1.5mm宽汇流条印刷至晶片正面上。将获自GigaSolarMaterialsCorp.的市购Al浆料“Gigasolar108”以与第二组点接触，但不与第一组点接触的方式印刷至所述器件的背面。网上乳液为约16-约20μm、丝网具有325目和20μm不锈钢丝。印刷参数为1.2巴挤压压力、150mm/s正向挤压速率，200mm/s液泛速率和1.5mm丝网间距。然后将在两面上均具有印刷图案的器件在烘箱中在150℃下干燥10分钟。然后将所述衬底以阳光面朝上的方式用CentrothermCell&ModuleGmbH“c-fire”快速焙烧炉焙烧。所述炉由6个区域组成。区域1设定为350℃，区域2设定为475℃，区域3设定为470℃，区域4设定为540℃，区域5设定为840℃，且区域6设定为880℃。将带速率设定为5100mm/分钟。由此制得的太阳能电池显示出特别有利的I_rev性能和高总体机械稳定性。正如可从图6(包含晶片/插入式电极表面的切割品的扫描电子显微镜照片)中看出的那样，在本发明的该实施例中，通过浆料1在晶片和插入式电极之间形成了均匀且完全覆盖的玻璃层。

正如可从图7(包含晶片/插入式电极表面的切割品的扫描电子显微镜照片)看出的那样，在该对比实施例中，通过使用玻璃料3和上述程序在晶片和插入式电极之间形成了不均匀的且未完全覆盖的玻璃层。

附图标记列表

100太阳能电池

101掺杂Si晶片

102p-n结边界

103正面掺杂层

104背面掺杂层

105通道中的电极(插入式电极)

106正面电极

107背面电极

109抗反射层

110正面钝化层

111高度掺杂的背面层

112背面钝化层

113孔表面

200太阳能电池

300a太阳能电池前体

300b太阳能电池前体

300c太阳能电池前体

305插入的浆料

306正面浆料

314正面上的其他层

315孔

316其他背面层

401晶片

600具有玻璃层的晶片/插入式电极边界

601晶片

602插入式电极

603玻璃层/玻璃岛