專利名稱：太陽能電池金屬化方法、熱熔氣溶膠墨水和氣溶膠噴射印制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在太陽能電池上施敷導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的新方法，其中借助于氣溶膠 噴射印制系統(tǒng)將熱熔氣溶膠墨水噴成霧狀，并從印制系統(tǒng)朝向太陽能電池的方向噴出，其 中該印制系統(tǒng)至少部分被加熱，以便使所用的墨水保持低粘度。當(dāng)墨水接觸未被加熱的基 片(太陽能電池)時(shí)，墨水凝結(jié)。
背景技術(shù)：
對于在太陽能電池上的導(dǎo)電接觸部，特別是正面的接觸部，力求使接觸面盡可能 小，并且同時(shí)使接觸柵格保持高導(dǎo)電性。小的接觸面避免陰影太大并減少載流子的再結(jié)合。 接觸柵格的良好導(dǎo)電性減少了電損耗。使印制接觸部不但實(shí)現(xiàn)了盡可能小，并且同時(shí)實(shí)現(xiàn) 了形成得盡可能高。高度與寬度之比表示為縱橫比。主要借助于絲網(wǎng)印制對太陽能電池進(jìn)行金屬化。在此，推動(dòng)金屬漿料通過篩網(wǎng)，從 而與篩網(wǎng)中的孔相對應(yīng)地將金屬漿料輸送到基片上。在此，線寬達(dá)到60 μ m至120 μ m,高度 為IOym至20μπι。在此，線寬大約比篩網(wǎng)中的孔寬5 μ m至15 μ m。漿料的輕微流動(dòng)是可 容忍的。絲網(wǎng)印制漿料使用d = 1 μ m和10 μ m之間的顆粒尺寸。為了幾乎完全避免流動(dòng)，可以應(yīng)用熱熔漿料。這種絲網(wǎng)印制漿料的關(guān)鍵在于在室 溫時(shí)粘度高，而在40°C至90°C的較高溫度時(shí)粘度低。這是通過用熱塑性聚合系統(tǒng)代替漿料 的溶劑而實(shí)現(xiàn)的。在絲網(wǎng)印制和移印(Tampondruck)時(shí)使用熱熔漿料進(jìn)行金屬化。達(dá)到良好的縱橫比的另一種可能性是在兩個(gè)步驟中構(gòu)造所述接觸部。在第一步驟 中印制出非常窄而且平面式的金屬層(種子層)，在第二步驟中通過電鍍加強(qiáng)該金屬層。為 使電鍍加強(qiáng)的接觸部實(shí)現(xiàn)良好的縱橫比，需要印制非常窄的種子層。種子層越窄，縱橫比可 以越好。用現(xiàn)有的氣溶膠噴射技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)20 μ m以下的線寬。然而，該線寬最多只能達(dá) 到2 μ m的高度。氣溶膠噴射墨水的顯著特征在于低粘度，從而氣溶膠噴射墨水可以容易地 噴成霧狀。氣溶膠墨水包含具有低蒸汽壓力和低粘度的溶劑。在室溫時(shí)該墨水的粘度一般 在η = 1帕 秒(Pas)以下。當(dāng)在像例如硅太陽能電池或玻璃這樣的基片上印制金屬接觸部時(shí)，由于墨水的粘 度導(dǎo)致流散，并因此導(dǎo)致印制的線條變寬。這不但在如噴墨技術(shù)或氣溶膠噴射技術(shù)這樣的 無接觸印制方法中特別明顯，而且在如移印或絲網(wǎng)印制這樣的接觸的方法中也特別明顯。 此外，線條的流動(dòng)導(dǎo)致涂層高度小并因此導(dǎo)致不利的縱橫比。所述氣溶膠噴射技術(shù)是一種噴墨方法，借助于該噴墨方法有可能印制出平面式的 和薄的線條。該技術(shù)被用于在一單個(gè)印制過程中建立薄的金屬接觸部(接觸部寬20 μ m至 60 μ m，接觸部高度< 2 μ m)。這些薄的金屬接觸部用作為用于電鍍加強(qiáng)的種子層。然而僅 當(dāng)該基片加熱到遠(yuǎn)高于室溫以上(圖1和2)時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)接觸部寬(20 μ m至60 μ m)。 加熱造成氣溶膠中的溶劑在接觸基片之后蒸發(fā)，墨水變干，從而墨水在基片上不能進(jìn)一步 流動(dòng)。為此需要100°C至200°C的溫度。到目前為止，這樣高的基片溫度使得該印制方法的工業(yè)應(yīng)用很困難或者阻礙該印制方法的工業(yè)應(yīng)用，因?yàn)榕c在室溫時(shí)印制的情況相比，該周 期時(shí)間較短。此外，溶劑和高溫的結(jié)合通常存在變大的安全風(fēng)險(xiǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
由此出發(fā)，本發(fā)明的任務(wù)是，提供一種用于在太陽能電池上制造導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的優(yōu)化 方法，該方法使得可以自動(dòng)且可重復(fù)地在太陽能電池上實(shí)施金屬化。尤其是，在此可以獲得 被實(shí)施接觸部的有利的縱橫比。這個(gè)任務(wù)借助于根據(jù)專利權(quán)利要求1的本發(fā)明的方法被解決。由專利權(quán)利要求 18，提供一種在金屬化過程中具有有利特性的熱熔氣溶膠墨水。在專利權(quán)利要求27中給出 一種根據(jù)本發(fā)明的用于對太陽能電池進(jìn)行金屬化的氣溶膠噴射印制系統(tǒng)。因此，根據(jù)本發(fā)明的方法涉及一種在太陽能電池上施敷導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的方法，其中借 助于氣溶膠噴射印制系統(tǒng)在太陽能電池的基片表面上施敷導(dǎo)電接觸部，將熱熔氣溶膠墨水 噴成霧狀，并且該氣溶膠噴射印制系統(tǒng)至少部分被加熱，同時(shí)要求所使用的熱熔氣溶膠墨 水在溫度不低于40°C時(shí)具有η彡1帕·秒的粘度。因此，在根據(jù)本發(fā)明的方法中，氣溶膠噴射印制系統(tǒng)中的熱熔氣溶膠墨水在已升 高的溫度中噴成霧狀，該墨水具有一個(gè)限定的有利的粘度，該粘度使墨水有利地霧化成為 可能。根據(jù)本發(fā)明，在溫度不低于40°c時(shí)該粘度必須是帕 秒。隨后，將這樣噴成霧狀 的墨水從氣溶膠噴射印制系統(tǒng)朝向太陽能電池(基片)方向噴出。在墨水接觸基片時(shí)，該 墨水突然被冷卻并凝結(jié)在那里?，F(xiàn)在，由此形成的金屬接觸部的特征為從1 3至1 10，優(yōu)選從1 3至1 5 的優(yōu)異的縱橫比(高度與寬度之比)。在此，對于該方法重要的是，通過調(diào)整粘度和成份如此選擇所使用的熱熔氣溶膠 墨水，以使得可以實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1中給出的粘度，該粘度在不低于40°c時(shí)η < 1帕·秒。在此，所使用的熱熔氣溶膠墨水含有作為固體分散在熱塑性化合物中的50至 90(重量)％的導(dǎo)電顆粒。為能形成確定的接觸，所采用的導(dǎo)電顆粒優(yōu)選具有小于500nm的 直徑d9(l。此外，該墨水可以含有其他固體，特別是金屬氧化物和/或玻璃燒結(jié)物。該固體分散于其中的墨水熱塑性化合物，尤其是一種或多種C14-至C2tl-醇和/或 熱塑性聚合物。優(yōu)選是C14-C16醇。在該方法下優(yōu)選使用的墨水具體用下列配方限定a) 50至90 (重量)％固體，包括金屬顆粒、金屬氧化物和/或玻璃燒結(jié)物，b) 10至20 (重量)％的C14-至C2tl線性醇熱塑性化合物，c) 10至30 (重量)％的溶劑，和d) 0. 01至1 (重量)％外加劑，其中各配方成份a)至d)的累計(jì)值等于100(重量)％。正如已經(jīng)闡明的，對于該方法重要的是，所采用的墨水這樣配方，使之在提高的溫 度下能夠毫無問題地噴成霧狀。可以證明，在室溫下該墨水必須具有η彡200帕·秒的粘度，以防止它在基片上 擴(kuò)展。在室溫下有利的粘度處于200和5000帕·秒之間，特別優(yōu)選在200和500帕·秒之 間。
這時(shí)，正如從現(xiàn)有技術(shù)已知的，該要使用的系統(tǒng)包括至少一個(gè)霧化器、濃縮器(虛 沖擊器)和印制頭。按照本發(fā)明現(xiàn)在規(guī)定，氣溶膠噴射印制系統(tǒng)的至少一個(gè)這種組成部分 要部分地被加熱，以便獲得希望的特性。這里可以用加熱至70至100°C的霧化氣體進(jìn)行操作。在印制系統(tǒng)內(nèi)部該墨水應(yīng)該保持為40至70°C的溫度。濃縮器(虛沖擊器)、印制 頭以及連接各組成部分的輸送管宜保持為50至100°C的溫度。要強(qiáng)調(diào)，所采用的氣溶膠噴射印制系統(tǒng)被形成為全部都可以被加熱是特別有利 的。因此，采用該方法可以在太陽能電池上施敷導(dǎo)電接觸，特別是進(jìn)行金屬化。通過獲 得特別有利的所施敷的金屬化的縱橫比，該方法優(yōu)選適用于對太陽能電池前側(cè)接觸部進(jìn)行 施敷。這時(shí)，基片表面是由(例如，用Si02, SiNx, TC0, α -Si, TiO2)涂敷或未涂敷狀態(tài) 下的硅或者玻璃形成。這時(shí)，推薦的縱橫比等于1 3至1 10，優(yōu)選是1 3至1 5。此外，采用本方法時(shí)，太陽能電池的基片表面不必加熱或應(yīng)冷卻。這里重要的是， 基片表面處于這樣的溫度，使得所采用的墨水出現(xiàn)在該基片上時(shí)在盡可能短的時(shí)間內(nèi)凝 固。接著，正如從現(xiàn)有技術(shù)已知的，在上述類型的金屬化制造中，為了增強(qiáng)或者放大和 /或?yàn)榱颂岣咚┓蟮慕饘倩Y(jié)構(gòu)的導(dǎo)電性，優(yōu)選通過銀和/或銅的電鍍進(jìn)行電鍍增厚或 者加強(qiáng)。此外，本發(fā)明還涉及上述的熱熔氣溶膠墨水。對粘度有目的控制特別是通過所采用熱塑性聚合物的數(shù)量和類型進(jìn)行。這時(shí)，該 粘度η等于RT > 200帕 秒，它們優(yōu)選處于200至5000帕 秒的范圍內(nèi)，特別優(yōu)選在200 至500帕·秒的范圍內(nèi)。為了加入未來的金屬顆粒特別是從包括銀、鎳、錫、鋅、鉻、鈷、鎢、鈦和/或它們的 混合物在內(nèi)的組中選擇的。此外，特別優(yōu)選在該墨水中含有金屬氧化物，氧化鉛、氧化鉍、氧化鈦、氧化鋁、氧 化錳和/或它們的混合物。這時(shí)，該熱塑性化合物從包括C16至C2tl，優(yōu)選C14-C16線性脂(肪)族醇和/或多價(jià) 醇，如己烷1，6 二醇在內(nèi)的組中選擇。在該墨水所包含的溶劑優(yōu)選從乙二醇醚、M-甲基吡咯烷酮、2-(2_ 丁氧基乙氧基) 乙醇和/或它們的混合物中選擇。該熱熔氣溶膠墨水更優(yōu)選作為外加劑含有分散劑和/或發(fā)泡劑。按照本發(fā)明還是氣溶膠噴射印制系統(tǒng)，包括至少一個(gè)霧化器、一個(gè)濃縮器和一個(gè) 印制頭以及把這些部件連接起來的連接管，其中按照本發(fā)明的印制系統(tǒng)的特征在于，上述 部件中至少一個(gè)被形成為可加熱，最好所有部件都被形成為可加熱。現(xiàn)將根據(jù)以下示例性描述以及附圖對本發(fā)明作較詳細(xì)的說明，該描述不限于這里 指出的具體的實(shí)施方式按照本發(fā)明的熱熔氣溶膠墨水的示例
成份，以重量百分?jǐn)?shù)(重量)％表示固體成份(金屬粉末、金屬氧化物、玻璃燒 結(jié)物)70. 5 (重量)％，長鏈醇C14+10. 5 (重量)％，蒸氣壓力低的溶劑(乙二醇醚)19 (重 量)％，分散劑0.5(重量)％。用上述熱熔氣溶膠墨水運(yùn)行圖4示意地描畫的氣溶膠噴射印制系統(tǒng)。


附圖中圖1是傳統(tǒng)的氣溶膠噴射印制系統(tǒng)，其中使用加熱的基片；圖2是傳統(tǒng)的現(xiàn)有技術(shù)的氣溶膠噴射印制的結(jié)果；圖3是按照本發(fā)明的氣溶膠噴射印制系統(tǒng)的示意圖；而圖4是按照本發(fā)明的氣溶膠噴射印制方法的結(jié)果。
具體實(shí)施例方式0049]圖1表示現(xiàn)有技術(shù)的氣溶膠噴射印制裝置1，其中霧化器2用霧化氣體工作。在 虛沖擊器3中產(chǎn)生的氣溶膠通過印制頭4附帶地添加聚焦氣體，通過噴嘴5向加熱襯的底 6的方向噴出。這時(shí)，7表示XY平臺(tái)。然而，采用這個(gè)方法只有能達(dá)到有欠缺的結(jié)果。基片 6的溫度一般等于150°C。通過基片的加熱只能達(dá)到一個(gè)約2 μ m的小的施敷高度(圖2)和< 1 10的差 的縱橫比，因?yàn)槟魃?。圖3示意地表示按照本發(fā)明的氣溶膠噴射印制裝置9的結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在可以參照它對 按照本發(fā)明的方法作較詳細(xì)的說明。這里描述的霧化器10被加熱，并供應(yīng)按照本發(fā)明的氣 溶膠噴射墨水。向霧化器10引入的霧化氣體同樣加熱到70和100°C之間的溫度。所產(chǎn)生 的氣溶膠引入同樣被加熱的虛沖擊器11，其中連接各部件的管輸入或引入部分同樣加熱到 約60°C的工作溫度。向同樣加熱的印制頭12引入聚焦或包圍的氣體必須不加熱，以便聚焦 或包圍的氣體用來有助于冷卻被加熱的氣溶膠，并在通往基片13的路上提高其粘度。這里 與現(xiàn)有技術(shù)明顯的不同是不必加熱基片13，以便所產(chǎn)生氣溶膠微滴在前往基片的路上，至 遲與基片表面接觸時(shí)凝固并使之不可能流散。通過在該墨水中含有的長鏈醇同樣保證，該 氣溶膠微滴在凝固時(shí)對其他已經(jīng)粘結(jié)的顆粒具有良好的粘結(jié)力，并因此保證所施敷的金屬 化向高度有目的地生長，然而其中與現(xiàn)有技術(shù)相比可以保持明顯地改善的縱橫比。圖4表示在采用按照本發(fā)明的方法對太陽能電池進(jìn)行金屬化時(shí)可以達(dá)到的結(jié)果。 與圖2相比，可以看出縱橫比得到明顯的改善。這里達(dá)到的金屬化與圖2相比顯得高出非 常多，并呈現(xiàn)優(yōu)異的縱橫比， 便能夠明顯地改善導(dǎo)電和建立接觸。
權(quán)利要求
在太陽能電池上施敷導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的方法，其中借助于氣溶膠噴射印制系統(tǒng)把熱熔氣溶膠墨水噴成霧狀，并以此在太陽能電池的基片表面上施敷導(dǎo)電接觸部，其特征在于，該氣溶膠噴射印制系統(tǒng)至少部分被加熱，并規(guī)定所采用的熱熔氣溶膠墨水在至少40℃的溫度下具有η≤1帕·秒的粘度。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所采用的熱熔氣溶膠墨水含有作為固體分 散在熱塑性化合物中的50至90 (重量)％的導(dǎo)電顆粒。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所采用的導(dǎo)電顆粒具有小于500nm的直 徑 d90。
4.如權(quán)利要求1至3中至少一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所采用的熱熔氣溶膠墨水除 了含有所述導(dǎo)電顆粒以外，還含有其他固體，優(yōu)選地含有金屬氧化物和/或玻璃燒結(jié)物。
5.如權(quán)利要求1至4中至少一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所采用的熱熔氣溶膠墨水含 有至少一種熱塑性化合物，優(yōu)選地含有一種或更多種C14至C2tl醇和/或熱塑性聚合物。
6.如權(quán)利要求1至5中至少一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所采用的熱熔氣溶膠墨水包括a)50至90 (重量)％的固體，包括金屬顆粒、金屬氧化物和/或玻璃燒結(jié)物，b)10至20 (重量)％的C14至C2tl線性醇作為熱塑性化合物，c)10至30 (重量)％的溶劑，和d)0.01至1(重量)％的外加劑，其中，各個(gè)配方成份a)至d)的累計(jì)值等于100(重量)％。
7.如權(quán)利要求1至6中至少一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所采用的熱熔氣溶膠墨水在 室溫下具有n彡200帕·秒的粘度。
8.如權(quán)利要求1至7中至少一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所采用的氣溶膠噴射印制系 統(tǒng)包括至少一個(gè)霧化器、一個(gè)濃縮器(虛沖擊器)和一個(gè)印制頭。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述霧化器采用加熱至70至100°C的霧化 氣體工作。
10.如權(quán)利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述熱熔氣溶膠墨水在所述霧化器中 保持為40至70°C的溫度。
11.如權(quán)利要求8至10中至少一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述濃縮器(虛沖擊器)、 所述印制頭以及連接各個(gè)部件的輸送管保持為50至100°C的溫度。
12.如權(quán)利要求1至11中至少一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所采用的氣溶膠噴射印制 系統(tǒng)被設(shè)置為全部可加熱。
13.如權(quán)利要求1至12中至少一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，對前側(cè)接觸部進(jìn)行施敷。
14.如權(quán)利要求1至13中至少一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述基片表面由涂敷硅或 玻璃或者未涂敷硅或玻璃形成。
15.如權(quán)利要求1至14中至少一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所淀積的金屬接觸部具有 1 3至1 10的縱橫比(高度與寬度之比)。
16.如上述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述太陽能電池的所述基片 表面未被加熱或者冷卻。
17.如上述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在氣溶膠噴射印制過程之后，通過電鍍對所施敷的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)進(jìn)行增厚或者加強(qiáng)，優(yōu)選用銀和/或銅進(jìn)行。
18.用于氣溶膠噴射印制系統(tǒng)以對太陽能電池的基片表面進(jìn)行金屬化的熱熔氣溶膠墨 水，其特征在于，包括a)50至90 (重量)％的固體，包括導(dǎo)電顆粒、金屬氧化物和/或玻璃燒結(jié)物，b)10至20 (重量)％的C14至C2tl線性醇作為熱塑性化合物，c)10至30 (重量)％的溶劑，以及d)0.01至1(重量)％的外加劑，其中，各個(gè)配方成份a)至d)的累計(jì)值等于100(重量)％，而在室溫下的粘度為 η彡200帕·秒。
19.如權(quán)利要求18所述的熱熔氣溶膠墨水，其特征在于，在室溫下的粘度η處于200 至5000帕·秒的范圍內(nèi)。
20.如權(quán)利要求18至19中至少一項(xiàng)所述的熱熔氣溶膠墨水，其特征在于，所述粘度已 通過所用的熱塑性化合物的數(shù)量和類型進(jìn)行了調(diào)節(jié)。
21.如權(quán)利要求18至20中至少一項(xiàng)所述的熱熔氣溶膠墨水，其特征在于，所述導(dǎo)電顆 粒的直徑d9(1小于500nm。
22.如權(quán)利要求18至21中至少一項(xiàng)所述的熱熔氣溶膠墨水，其特征在于，所述導(dǎo)電顆 粒是金屬顆粒，優(yōu)選是從包括Ag、Ni、Zn、Sn、Cr、Co、Ti、W和/或它們的混合物在內(nèi)的組中 選擇的金屬顆粒。
23.如權(quán)利要求18至22中至少一項(xiàng)所述的熱熔氣溶膠墨水，其特征在于，所述金屬氧 化物選自氧化鉛、氧化鉍、氧化鈦、氧化鋁和/或它們的混合物。
24.如權(quán)利要求18至23中至少一項(xiàng)所述的熱熔氣溶膠墨水，其特征在于，所述熱塑性 化合物是從包括C14至C16線性脂(肪)族醇和/或它們的混合物在內(nèi)的組中選擇的。
25.如權(quán)利要求18至24中至少一項(xiàng)所述的熱熔氣溶膠墨水，其特征在于，所述溶劑選 自乙二醇醚、η-甲基吡咯烷酮、2-(2_ 丁氧基乙氧基)乙醇和/或它們的混合物。
26.如權(quán)利要求18至25中至少一項(xiàng)所述的熱熔氣溶膠墨水，其特征在于，作為外加劑 含有分散劑和/或發(fā)泡劑。
27.氣溶膠噴射印制系統(tǒng)，該氣溶膠噴射印制系統(tǒng)包括至少一個(gè)霧化器、一個(gè)濃縮器和 一個(gè)印制頭以及把這些部件連接起來的連接管，其特征在于，所述霧化器、所述濃縮器、所 述印制頭和/或連接管這些部件中的至少一個(gè)部件被設(shè)置為可加熱。
28.如權(quán)利要求27所述的氣溶膠噴射印制系統(tǒng)，其特征在于，所有部件都被設(shè)置為可 加熱。全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于在太陽能電池上施敷導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的新方法，其中借助于氣溶膠噴射印制系統(tǒng)將熱熔氣溶膠墨水噴成霧狀，并從印制系統(tǒng)朝向太陽能電池的方向噴出，其中該印制系統(tǒng)至少部分被加熱，以便使所用的墨水保持低粘度。當(dāng)墨水接觸未被加熱的基片即接觸太陽能電池時(shí)，墨水凝結(jié)。
文檔編號H01L31/0224GK101919063SQ200880119717
公開日2010年12月15日 申請日期2008年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月7日
發(fā)明者斯特凡·格倫茨, 菲利普·里克特, 馬蒂亞斯·霍特斯 申請人:德國弗勞恩霍夫應(yīng)用研究促進(jìn)協(xié)會(huì)