[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

WO2020096478A1 - Aluminum paste for producing a rear contact of silicon solar cells - Google Patents

Aluminum paste for producing a rear contact of silicon solar cells Download PDF

Info

Publication number
WO2020096478A1
WO2020096478A1 PCT/RU2018/000832 RU2018000832W WO2020096478A1 WO 2020096478 A1 WO2020096478 A1 WO 2020096478A1 RU 2018000832 W RU2018000832 W RU 2018000832W WO 2020096478 A1 WO2020096478 A1 WO 2020096478A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
paste
aluminum
powder
mass
silicon
Prior art date
Application number
PCT/RU2018/000832
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Максим Михайлович ВЛАСЕНКО
Вячеслав Геннадиевич ГОЛОВИН
Иван Сергеевич МИТЧЕНКО
Андрей Сергеевич РОДИОНОВ
Алексей Владимирович СЕРДЮК
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Научное Предприятие Монокристалл Пасты"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Научное Предприятие Монокристалл Пасты" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Научное Предприятие Монокристалл Пасты"
Priority to CN201880098872.2A priority Critical patent/CN113169236A/en
Publication of WO2020096478A1 publication Critical patent/WO2020096478A1/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02Details
    • H01L31/0224Electrodes
    • H01L31/022408Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/022425Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
    • H01L31/022441Electrode arrangements specially adapted for back-contact solar cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the invention relates to thick-film electronics, namely, materials for the manufacture by screen printing of the rear current collector contacts of silicon solar cells with rear dielectric passivation PERC (Passivated Emitter and Rear Contact).
  • PERC Passivated Emitter and Rear Contact
  • Solar cells with back dielectric passivation using PERC technology are made on the basis of single-crystal or multicrystalline silicon with p-type conductivity doped with boron or gallium.
  • PERC technology According to the known manufacturing process of solar cells on a silicon plate with a thickness of 150-220 microns, broken layers on the front and back sides are removed by chemical etching and at the same time a texture is formed on the front side of the solar cell.
  • a method of diffusion or ion implantation on the frontal textured side is used to fabricate a solar cell emitter - a phosphorus-doped layer of a silicon wafer.
  • a non-stoichiometric silicon nitride (SiNx) coating layer is applied over the entire frontal area.
  • Chemical back etching is performed on the back of the silicon wafer in order to remove phosphorus on the back during emitter manufacturing and to remove morphological defects on the back of the silicon wafer before applying two-layer back dielectric passivation.
  • the passivating layer reduces the surface recombination rate of minority charge carriers to a level of 10-50 cm / s.
  • a second protective layer of non-stoichiometric silicon nitride (SiNx) 40-120 nm thick is applied over the entire surface of the passivating layer by PECVD.
  • the back two-layer dielectric coating by laser ablation local contacts are made, which are areas with a removed two-layer dielectric, in which the aluminum paste will sinter directly with the silicon wafer when the solar cell is burned (see Fig. 1).
  • Linear-dashed topology of local contacts (see Fig. 2a). Discontinuous lines consisting of strokes with a width of 30-50 microns. The stroke length is 1, 0-8.0 mm and the distance between the strokes in one line is 30-300 microns. The distance between the lines is 600-1400 microns.
  • Linear-point topology of local contacts (see Fig. 26). Lines with a width of 30-50 microns, consisting of individual points with a distance between points in one line of 10-100 microns. The distance between the lines is 600-1400 microns. 3. The point topology of local contacts (see Fig. 2B). Individual points with a diameter of 30-100 microns with a distance between them of 200-700 microns.
  • a contact grid of silver paste is applied to the front side of the solar cell by screen printing, followed by drying at a temperature of 150-200 ° C for 15-40 seconds in a conveyor dryer.
  • the contact grid is used to collect charge carriers and solder the front collector tires.
  • aluminum paste is applied by screen printing on the back surface of the solar cell.
  • There are two printing topologies for aluminum paste see Fig. 3):
  • a continuous layer of aluminum paste providing contact with the collector silver-containing sites with an overlap of 0.1 -0.5 mm around the perimeter of each site (see Fig. For);
  • the aluminum paste After printing the aluminum paste, it is dried in a conveyor dryer with infrared heating or heating with hot air at a temperature of 200-350 ° C for 15-60 seconds.
  • the final step in the manufacture of a solar cell is the burning of a solar cell in a conveyor furnace with infrared heating at a peak temperature of 750-850 ° C and a burning time of 4-7 seconds above 577 ° C.
  • a local BSF Back Surface Field
  • a local BSF Back Surface Field
  • the total area of the dielectric passivation removed by the laser is 0.1-4.5% of the total area of the back surface of the solar cell.
  • the aluminum paste directly contacts and sinteres with the silicon wafer during the firing process.
  • there should be no damage to the dielectric which leads to a sharp decrease in the quality of rear passivation due to an increase in the surface recombination rate of minority charge carriers.
  • the surface recombination rate is 10–50 cm / s. In the case of damage to dielectric passivation, the surface recombination rate can significantly exceed 10,000 cm / s, which leads to a sharp drop in the efficiency (hereinafter, the efficiency) of the solar cell.
  • the theoretically achievable surface recombination rate is 500-1000 cm / s in the presence of a uniform local BSF layer.
  • the dissolution of silicon from the area of local contact in the bulk of the aluminum layer can lead to the formation of voids in the places of local contacts and the heterogeneity of the local BSF up to its complete absence.
  • the rate of surface recombination at local contacts in the case of an inhomogeneous BSF layer can significantly exceed 10,000 cm / s, which leads to a sharp drop in the efficiency of the solar cell.
  • the main factor limiting the increase in efficiency and the quality of a solar cell with back dielectric passivation is the non-optimal work of the back contact made by screen printing of aluminum paste.
  • the amount of adhesion of the aluminum layer after firing more than 10 N / cm.
  • the magnitude of the deflection of the solar cell is less than 1.5 mm.
  • rear dielectric passivation in combination with a specially developed aluminum paste allows increasing the efficiency of the solar cell by 0.2 absolute% by improving the quality of the total passivation on the back of the solar cell under the dielectric passivation layer and in places of local contacts in which the aluminum paste is directly sintered with silicon.
  • the paste contains a mixture of aluminum powder, aluminum alloy powder with silicon (Al-Si) and silicon powder.
  • Al-Si aluminum alloy powder with silicon
  • the total concentration of silicon in the mixture of three powders per due to Al-Si powder and pure silicon powder lies in the range of 10-40 wt.%.
  • the concentration of silicon in the Al-Si alloy is in the range of 5-40 wt.%.
  • Non-optimal choice of the range of total silicon concentration At a silicon concentration of more than 22 wt.%, There is a sharp increase in the layer resistance of the veneered back contact and a decrease in the solar cell efficiency due to an increase in the series resistance.
  • Known aluminum paste for the back electrode of a solar cell with back dielectric passivation (publication of international application WO2016 / 178386A1, class IPC H01L 31/0224, H01B 1/22, H01L 31/068, publ. 10.11.2016).
  • the paste contains a mixture of aluminum powder and powder of an alloy of aluminum with silicon (Al-Si).
  • the concentration of silicon in the Al-Si alloy lies in the range of 3.0-30.0 wt.%.
  • the silicon concentration in the mixture of aluminum powder and Al-Si alloy powder lies in the range of 3.0-15.0 wt.%.
  • the paste contains one or a mixture of two glass fiber, not containing lead and alkali metals, but containing boron oxide B203.
  • Non-optimal choice of silicon concentration range in Al-Si alloy A silicon concentration of less than 13 wt.% Does not provide a sufficient decrease in the solubility of silicon from the area of local contact in the paste layer during firing.
  • the closest in technical essence and the achieved positive effect - the prototype - is a conductive composition used in the formation of thick-film electrodes of solar cells with rear dielectric passivation and local contacts (publication of international application W02013 / 109466A1, class IPC ⁇ 01 ⁇ 1/16, H01L 31/18 published on 07.25.2013).
  • the paste contains: 40-80 wt.% Aluminum powder; glass frits 0.1-10 wt.%, organic binder 5.0-30.0 wt.% and 0.1-10 wt.% organic or inorganic additives.
  • Organic additives include one or a mixture of organometallic compounds of boron, silicon, vanadium, phosphorus, antimony, yttrium, titanium, nickel, cobalt, zirconium, zinc and lithium.
  • Inorganic additives include up to 20 mass. % non-eutectic and eutectic alloys of aluminum with silicon.
  • Organoboron compounds as a source of acceptor impurities of boron.
  • Organoboron compounds are formed of boron oxide and its evaporation, which leads to contamination of the exhaust system of the furnace.
  • composition composition of an aluminum conductive paste, which, with a reduced mass of the imprint of the paste, allows to obtain a high-quality back contact, which provides an increase in the efficiency of a solar cell with back dielectric passivation and local contacts with linear dashed, linear - point or point topologies.
  • the technical result achieved by the implementation of the claimed invention is to reduce the damage to dielectric passivation by the paste during the burning of the contact system of the solar cell while improving the quality of the back aluminum contact and the quality of passivation in local contacts by obtaining a uniform local BSF layer, which leads to a significant reduction in defectiveness and increasing the efficiency of the solar cell when the mass of the print of aluminum paste is less than 0.7 grams per solar cell.
  • the quality of the rear aluminum contact additionally means the fulfillment of three technical requirements simultaneously:
  • the value of adhesion of the smoothed aluminum layer is not less than 10 N / cm;
  • Deflection of the solar cell due to the difference in the coefficients of linear thermal expansion of the aluminum paste and silicon wafer is less than 1.5 mm.
  • the aluminum paste for silicon solar cells includes aluminum powder with an optimized particle size distribution in a concentration of 68-82 mass. %, organic binder 15-29 wt. %, powder or a mixture of glass powders not more than 1.0 mass. % (hereinafter glass powder), one or a mixture of organometallic compounds from a number of oleates, stearates or octoates of magnesium, calcium, strontium, barium 0.1 -2.0 mass. %, as well as a powder or a mixture of powders of an alloy of aluminum with silicon (Al-Si) doped with boron in the optimal range of boron concentrations of 0.04-0.20 mass.
  • alloy powder % (hereinafter referred to as alloy powder). Alloy powder is introduced into the paste due to aluminum powder. At the same time, the total concentration of aluminum powder and alloy powder remains unchanged. The optimal range of silicon concentrations in the alloy powder is 15-40 mass. % The optimal concentration range of the alloy powder in the paste is 33-40 mass. %
  • glass powder with a concentration in the paste of not more than 1.0 mass. % in a combination of organometallic compounds of alkaline earth metals (Mg, Ca, Sr, Ba) in the paste allows to increase the efficiency of the solar cell by reducing damage to the dielectric passivation by glass during the paste firing process, and also ensuring a uniform flow of the sintering process at the boundary with the silicon wafer in places of local contacts due to organometallic compounds.
  • the additive powder of the alloy (Al-Si), doped with boron, with an optimal range of silicon concentrations in the alloy 15-40 mass. % and in the optimal range of alloy concentrations in the paste 33-40 wt. % allows you to further increase the efficiency of the solar cell by reducing the dissolution of silicon in the paste layer from the area of local contacts during the burning process of the paste, which increases the uniformity of the local BSF layer and is especially effective for the construction of a solar cell with point local contacts in dielectric passivation.
  • the additive powder of the alloy (Al-Si) doped with boron in the optimal range of boron concentrations of 0.04-0.20 mass. % allows you to compensate for the decrease in boron content while lowering the concentration of glass powder in the paste and further contributes to a significantly more uniform distribution of boron in the paste, which leads to an increase in the efficiency of the solar cell.
  • FIG. 1 shows the structure of a solar cell with back dielectric passivation before printing, drying and burning aluminum paste.
  • FIG. 2 shows three topologies of local contacts in the rear dielectric passivation:
  • Linear point topology of local contacts Lines with a width of 30-50 microns, consisting of individual points with a distance between points in one line of 10-100 microns. The distance between the lines is 600-1400 microns.
  • FIG. Figure 3 shows the back of solar cells with two print topologies of aluminum paste:
  • Aluminum paste is printed in the form of tracks on top of local contacts in dielectric passivation.
  • the print topology provides contact with silver collector pads with an overlap of 0.1-0.5 mm around the perimeter of each pad.
  • FIG. 4 shows the structure of a solar cell with back dielectric passivation after printing, drying and burning aluminum paste.
  • SiNx non-stoichiometric silicon nitride
  • a spherical fine powder or a mixture of aluminum powders with a known particle size ratio is used to ensure maximum packing density after printing, drying and burning of aluminum paste.
  • the average particle size D50 of an aluminum powder or a mixture of aluminum powders is in the range of 2-4 microns.
  • the increase in the average particle size D50 more than 4.0 microns leads to a deterioration of the printing properties of the paste with a target mass of the print of the paste is not more than 0.7 grams per plate.
  • a decrease in the average particle size D50 of aluminum powder below 2.0 ⁇ m leads to an increase in the resistance of the pasted layer of the paste, an increase in the series resistance of the solar cell and a decrease in efficiency.
  • the glass frit As the glass frit, a single powder or a mixture of powders of commercially available glasses of silicon-bismuthate, lead-borosilicate, antimony-borosilicate and other systems with a softening temperature in the range of 200-400 ° C and an average particle size of D50 of not more than 3.0 ⁇ m can be used, preferably 1, 0-2.0 microns.
  • the upper dielectric passivation protective layer made of silicon nitride (SiNx) is chemically inert with respect to a wide range of chemical elements. However, during the paste firing process, particles of glass powder, regardless of the chemical composition of the glass, damage the dielectric passivation layer during cooling due to the difference in the temperature expansion coefficients of the glass and the dielectric passivation layer.
  • Reducing the concentration of glass powder in the paste can reduce the degree of damage to dielectric passivation, which leads to increased efficiency.
  • the uniformity of sintering of the paste with a silicon wafer at the places of local contacts decreases, which leads to the formation of an uneven local BSF layer and a decrease in the efficiency of the solar cell.
  • a decrease in the glass content in the paste further leads to a decrease in adhesion a primed layer of paste.
  • the glass powder in the paste performs the function of a flux providing uniform and sufficient sintering of aluminum particles in the volume of the paste layer, with dielectric passivation and in the places of local contacts with the silicon wafer.
  • the total concentration of glass powders should not exceed 1.0 mass. % Preferably not more than 0.5 mass. %
  • organometallic compounds of alkaline-earth metals from a number of oleates, stearates or octoates Mg, Ca, Sr, Ba in a concentration range of 0.1 - 2.0 masses is introduced into the paste with a reduced concentration of glass.
  • organometallic compounds are dissolved in the organic binder of the paste and are evenly distributed over the volume of the paste.
  • a concentration of organometallic compounds of less than 0.1% does not provide a sufficient improvement in the size and uniformity of the sinterability of the paste layer, which leads to a decrease in adhesion and efficiency due to the formation of an inhomogeneous local BSF layer and an increase in the resistance of the aluminum layer.
  • Introduction to the composition of the paste more than 2.0 mass. % of organometallic compounds of alkaline earth metals leads to a sharp increase in the deflection of the solar cell after burning and the formation of aluminum balls on the surface of the waxed aluminum layer.
  • glass powder additionally serves as a source of boron, which, like aluminum, is an acceptor impurity in silicon, but has a greater solubility limit in silicon than aluminum.
  • concentration of acceptor impurities in the local BSF layer determines the quality of its work to reduce the surface recombination rate in the region of local contacts. The higher the concentration of acceptor impurities in the BSF layer, the lower the surface recombination rate and the higher the efficiency of the solar cell.
  • the solubility limit of boron in aluminum is about 0.16 mass.
  • the solubility of boron in silicon does not exceed 0.1 mass.
  • the equilibrium concentration of boron in the local BSF at room temperature is 0.03 mass. %
  • a known effect in the process of burning aluminum paste in the design of a solar cell with dielectric passivation is to reduce the uniformity of the local BSF due to the dissolution of silicon from the area of local contacts in the volume of aluminum paste.
  • the solubility of silicon in aluminum reaches 15 mass. %
  • a powder of an alloy (Al-Si) doped with boron As a powder of an alloy (Al-Si) doped with boron, a spherical fine powder or a mixture of powders with an average particle size of D50 in the range of 2-4 microns is used.
  • Exceeding the average particle size D50 of the alloy powder of more than 4.0 ⁇ m leads to a deterioration in the printing properties of the paste with a target mass of the print of the paste of not more than 0.7 grams per plate.
  • the decrease in the average particle size D50 of the alloy powder less than 2.0 microns leads to a significant increase in the resistance of the pasted layer of pastes and lower efficiency.
  • the optimal range of boron concentrations in the alloy is 0.04-0.20%.
  • An increase in the concentration of boron in the paste to a level comparable to its solubility in aluminum and silicon leads to an increase in the efficiency of the solar cell.
  • An increase in boron content above the solubility limit leads to the formation of morphological defects - aluminum balls on the surface of the waxed layer of aluminum paste.
  • the optimal range of silicon concentrations in the alloy is 15-40 mass. % At silicon concentrations less than 15 mass. % effective suppression of the dissolution of silicon from the area of local contact in the volume of the paste layer is not provided.
  • the excess of silicon concentration in the alloy is more than 40 mass. % leads to an increase in the layer resistance of the paste paste layer and the formation of aluminum balls on the surface of the paste paste layer due to local saturation with silicon, which leads to a decrease in the solar cell efficiency.
  • the optimal range of alloy concentrations in the paste is 33-40 mass. %
  • the decrease in the concentration of the alloy in the paste is less than 33 mass. % does not provide an effective suppression of the dissolution of silicon from the area of local contact in the volume of the paste layer.
  • the increase in alloy concentration in the paste is more than 40 mass. % leads to an increase in the layer resistance of the paste paste layer and the formation of aluminum balls on the surface of the paste paste layer due to local saturation with silicon, which leads to a decrease in the solar cell efficiency.
  • Organic binder includes one or a mixture of polymers (acrylate polymers, polymethyl methacrylates, ethyl cellulose, polyvinyl butyral, etc.) as a film-forming.
  • An organic binder is prepared by dissolving the polymer in high boiling organic solvents. Butylcarbitol, butylcarbitol acetate, terpineol, texanol, etc. can be used as solvents. Dispersants, wetting agents, and thixotropic agents can be used as additives in the organic binder.
  • composition of the organic binder is selected in such a way as to ensure high-quality drying of the paste at temperatures of 200-350 ° C for 15-60 seconds, as well as an additional minimum spreading of the tracks during printing and drying of the paste in the design of the solar cell, where the aluminum paste is printed in the form tracks over local contacts in dielectric passivation.
  • the optimality of the quantitative composition of the paste is confirmed by the fact that with the introduction of its constituent components in quantities higher or lower than the declared limits, the required parameters of the solar cell are not provided (table 2).
  • the conductive paste used aluminum powder with a particle size of D50 3.2 ⁇ m in an amount of 76.9 mass. %, glass powder of the antimony-boron-silicon system in an amount of 1.1 mass. %, the rest is an organic binder, a 10% solution of ethyl cellulose in a mixture of terpineol and butylcarbitol.
  • the actual composition of the sticks is shown in table 1.
  • the parameters of a solar cell made using paste are shown in table 2.
  • conductive paste aluminum powder with a particle size of D50 3.2 ⁇ m in the amount of 77.6 mass. %, glass powder of the antimony-boron-silicon system in an amount of 0.4 mass. %, the rest is an organic binder, a 10% solution of ethyl cellulose in a mixture of terpineol and butylcarbitol.
  • the actual composition of the paste is shown in table 1.
  • the parameters of the solar cell made using the paste are shown in table 2.
  • conductive paste aluminum powder with a particle size of D50 3.2 ⁇ m in the amount of 76.5 mass. %, glass powder of the antimony-boron-silicon system in an amount of 0.4 mass. %, calcium oleate in an amount of 1, 1 mass. %, the rest is an organic binder, a 10% solution of ethyl cellulose in a mixture of terpineol and butylcarbitol.
  • the actual composition of the paste is shown in table 1.
  • the parameters of the solar cell made using the paste are shown in table 2
  • conductive paste aluminum powder with a particle size of D50 3.2 ⁇ m in an amount of 75.4 mass. %, glass powder of the antimony-boron-silicon system in an amount of 0.4 mass. %, calcium oleate in an amount of 2.2 wt. %, the rest is an organic binder, a 10% solution of ethyl cellulose in a mixture of terpineol and butylcarbitol.
  • the actual composition of the paste is shown in table 1.
  • the parameters of the solar cell made using the paste are shown in table 2.
  • conductive paste aluminum powder with a particle size of D50 3.2 ⁇ m in an amount of 40.5 mass. %, glass powder of the antimony-boron-silicon system in an amount of 0.4 mass. %., aluminum-silicon alloy powder (Al-Si) undoped with boron in an amount of 36.0 mass. % with a silicon content in the alloy of 34.2 mass. %, calcium oleate in an amount of 1.1 wt. %, the rest is an organic binder, a 10% solution of ethyl cellulose in a mixture of terpineol and butylcarbitol.
  • the actual composition of the paste is shown in table 1.
  • the parameters of the solar cell made using the paste are shown in table 2.
  • conductive paste aluminum powder with a particle size of D50 3.2 ⁇ m in an amount of 40.5 mass. %, glass powder of the antimony-boron-silicon system in an amount of 0.4 mass. %, powder alloy aluminum silicon (Al-Si), doped with boron, in the amount of 36.0 mass. % with a silicon content in the alloy of 12.3 mass. % and boron content in the alloy of 0.11 mass. %, calcium oleate in an amount of 1.1 wt. %, the rest is an organic binder, a 10% solution of ethyl cellulose in a mixture of terpineol and butylcarbitol.
  • the actual composition of the paste is shown in table 1.
  • the parameters of the solar cell made using the paste are shown in table 2.
  • conductive paste aluminum powder with a particle size of D50 3.2 ⁇ m in an amount of 46.5 mass. %, glass powder of the antimony-boron-silicon system in an amount of 0.4 mass. %, powder alloy aluminum silicon (Al-Si), doped with boron, in an amount of 30.0 wt. % with silicon content in the alloy 32.7 wt. % and boron content in the alloy of 0.09 mass. %, calcium oleate in an amount of 1.1 wt. %, the rest is an organic binder, a 10% solution of ethyl cellulose in a mixture of terpineol and butylcarbitol.
  • Table 1 The parameters of a solar cell made using paste are shown in table 2.
  • conductive paste aluminum powder with a particle size of D50 3.2 ⁇ m in an amount of 40.5 mass. %, glass powder of the antimony-boron-silicon system in an amount of 0.4 mass. %, powder alloy aluminum silicon (Al-Si), doped with boron, in the amount of 36.0 mass. % with silicon content in the alloy 32.7 wt. % and boron content in the alloy of 0.09 mass. %, calcium oleate in an amount of 1.1 wt. %, the rest is an organic binder, a 10% solution of ethyl cellulose in a mixture of terpineol and butylcarbitol.
  • the actual composition of the paste is shown in table 1.
  • the parameters of the solar cell made using the paste are shown in table 2.
  • conductive paste aluminum powder with a particle size of D50 3.2 ⁇ m in an amount of 41.6 mass. %, glass powder of the antimony-boron-silicon system in an amount of 0.4 mass. %, powder alloy aluminum silicon (Al-Si), doped with boron, in the amount of 36.0 mass. % with silicon content in the alloy 32.7 wt. % and boron content in the alloy of 0.09 mass. %, the rest is an organic binder, a 10% solution of ethyl cellulose in a mixture of terpineol and butylcarbitol.
  • the actual composition of the paste is shown in table 1.
  • the parameters of the solar cell made using the paste are shown in table 2.
  • Example 10 For the preparation of conductive paste used: aluminum powder with a particle size of D50 3.2 ⁇ m in an amount of 34.5 mass. %, glass powder of the antimony-boron-silicon system in an amount of 0.4 mass. %, powder alloy aluminum silicon (Al-Si), doped with boron, in the amount of 42.0 mass. % with silicon content in the alloy 32.7 wt. % and boron content in the alloy of 0.09 mass. %, calcium oleate in an amount of 1.1 wt. %, the rest is an organic binder, a 10% solution of ethyl cellulose in a mixture of terpineol and butylcarbitol.
  • the actual composition of the paste is shown in table 1.
  • the parameters of the solar cell made using the paste are shown in table 2.
  • conductive paste aluminum powder with a particle size of D50 3.2 ⁇ m in an amount of 40.5 mass. %, glass powder of the antimony-boron-silicon system in an amount of 0.4 mass. %, powder alloy aluminum silicon (Al-Si), doped with boron, in the amount of 36.0 mass. % with a silicon content in the alloy of 42.4 mass. % and boron content in the alloy of 0.12 mass. %, calcium oleate in an amount of 1.1 wt. %, the rest is an organic binder, a 10% solution of ethyl cellulose in a mixture of terpineol and butylcarbitol.
  • the actual composition of the paste is shown in table 1.
  • the parameters of the solar cell made using the paste are shown in table 2.
  • conductive paste aluminum powder with a particle size of D50 3.2 ⁇ m in an amount of 40.5 mass. %, glass powder of the antimony-boron-silicon system in an amount of 0.4 mass. %, powder alloy aluminum silicon (Al-Si), doped with boron, in the amount of 36.0 mass. % with a silicon content in the alloy of 33.5 mass. % and boron content in the alloy of 0.32 mass. %, calcium oleate in an amount of 1.1 wt. %, the rest is an organic binder, a 10% solution of ethyl cellulose in a mixture of terpineol and butylcarbitol.
  • the actual composition of the paste is shown in table 1.
  • the parameters of the solar cell made using the paste are shown in table 2.
  • the mass of the fingerprint was measured on a Sartorius CPA6202S electronic balance.
  • the measurement error is not more than ⁇ 0.005 mm.
  • the mass of the imprint of aluminum paste should be in the range of 1.0-0, 4 g. More preferably 0.8-0.6 g.
  • the deflection of solar cells was measured on a Keyence LK-036 laser optical system.
  • the measurement error is not more than ⁇ 0.025 mm.
  • the deflection should be less than 1.5 mm.
  • the heterogeneity of the local BSF layer and damage to the back dielectric passivation was determined as the percentage of black areas with an increased recombination rate of the total area of local contacts on the electroluminescence maps obtained with the H.A.L.M. cetisPV-Celltest3 (Germany).
  • the total area of black areas with an increased recombination rate on electroluminescence maps should be no more than 5%. More preferably, the complete absence of black patches.
  • the resistance of the borne layer of aluminum paste was measured using a H.A.L.M. cetisPV-Celltest3 (Germany). In the mass industrial production of solar cells, the resistance of the driven layer of aluminum paste should be as low as possible.
  • Adhesion after lamination was measured on a MEGEON-03050 digital dynamometer. The measurement error is not more than ⁇ 0.5 N / cm.
  • a Panamac DM 12 laminator Italy
  • an ethylene vinyl acetate laminate were used for the manufacture of samples of laminated solar cells.
  • adhesion after lamination should be more than 10 N / cm. Adhesion greater than 20 N / cm is more preferred.
  • a lower concentration of glass powder in the paste is used with the simultaneous use of organometallic compounds of alkaline earth metals, including in combination with an alloy powder (Al-Si) doped with an optimal amount of boron, which distinguishes her from famous pastes.
  • This composition of conductive paste provides an increase in the efficiency of the solar cell due to low damage to the quality of the back dielectric passivation during the burning of the paste and the formation of a uniform local BSF in local contacts.
  • the paste allows to obtain a set of consumer requirements for the solar cell, namely: low deflection of less than 1.0 mm, adhesion after lamination above 20 N / cm, the complete absence of aluminum balls on the surface of the paste layer of paste.
  • An aluminum paste made in accordance with the invention can be used in the production of silicon solar cells with back dielectric passivation to form a back electrode with linear-dashed, linear-point and point local contacts.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)

Abstract

An aluminum paste for producing a rear contact of silicon solar cells having rear dielectric passivation comprises aluminum powder, organic binder and powdered glass, wherein the paste additionally contains one or a mixture of organometallic compounds of alkaline earth metals with the following component ratio: 68-82 wt% powdered aluminum; not more than 1.0 wt% powdered glass; 0.1-2.0 wt% organometallic compounds of alkaline earth metals; and 15-29 wt% organic binder.

Description

АЛЮМИНИЕВАЯ ПАСТА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЫЛЬНОГО КОНТАКТА  ALUMINUM PASTE FOR THE PRODUCTION OF THE REAR CONTACT
КРЕМНИЕВЫХ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ  SILICON SOLAR ELEMENTS
Область техники Technical field
Изобретение относится к толстопленочной электронике, а именно к материалам для изготовления методом трафаретной печати тыльных токосъемных контактов кремниевых солнечных элементов с тыльной диэлектрической пассивацией PERC (Passivated Emitter and Rear Contact).  The invention relates to thick-film electronics, namely, materials for the manufacture by screen printing of the rear current collector contacts of silicon solar cells with rear dielectric passivation PERC (Passivated Emitter and Rear Contact).
Предшествующий уровень техники State of the art
Солнечные элементы с тыльной диэлектрической пассивацией по технологии PERC изготавливаются на основе монокристаллического или мультикристаллического кремния с проводимостью p-типа, легированного бором или галлием. Согласно известному процессу изготовления солнечных элементов на пластине кремния толщиной 150-220 мкм удаляются нарушенные слои на фронтальной и тыльной сторонах методом химического травления и одновременно на фронтальной стороне солнечного элемента формируется текстура. Методом диффузии или ионной имплантации на фронтальной текстурированной стороне изготавливается эмиттер солнечного элемента - легированный фосфором слой кремниевой пластины. На всю площадь фронтальной стороны наносится слой антиотражающего покрытия из нестехиометрического нитрида кремния (SiNx). Производится повторное химическое травление тыльной стороны кремниевой пластины с целью удаления фосфора, оказавшегося на тыльной стороне в процессе изготовления эмиттера, и удаления морфологических дефектов на тыльной стороне кремниевой пластины перед нанесением двухслойной тыльной диэлектрической пассивации.  Solar cells with back dielectric passivation using PERC technology are made on the basis of single-crystal or multicrystalline silicon with p-type conductivity doped with boron or gallium. According to the known manufacturing process of solar cells on a silicon plate with a thickness of 150-220 microns, broken layers on the front and back sides are removed by chemical etching and at the same time a texture is formed on the front side of the solar cell. A method of diffusion or ion implantation on the frontal textured side is used to fabricate a solar cell emitter - a phosphorus-doped layer of a silicon wafer. A non-stoichiometric silicon nitride (SiNx) coating layer is applied over the entire frontal area. Chemical back etching is performed on the back of the silicon wafer in order to remove phosphorus on the back during emitter manufacturing and to remove morphological defects on the back of the silicon wafer before applying two-layer back dielectric passivation.
На всю площадь тыльной стороны солнечного элемента наносятся два диэлектрических слоя, обеспечивающих тыльную диэлектрическую пассивацию. Пассивирующий слой из нестехиометрического оксида алюминия (А120х) или оксинитрида кремния (SiNxOy) методом PECVD толщиной 10-25 пт или методом ALD толщиной 5-15 пт соответственно. Пассивирующий слой обеспечивает снижение скорости поверхностной рекомбинации неосновных носителей заряда до уровня 10-50 см/с. Поверх всей поверхности пассивирующего слоя методом PECVD наносится второй защитный слой из нестехиометрического нитрида кремния (SiNx) толщиной 40-120 nm. В тыльном двухслойном диэлектрическом покрытии методом лазерной абляции изготавливаются локальные контакты, представляющие собой участки с удаленным двухслойным диэлектриком, в которых алюминиевая паста при вжигании солнечного элемента будет спекаться непосредственно с кремниевой пластиной (см. фиг. 1).  Two dielectric layers are applied over the entire area of the back side of the solar cell, providing back dielectric passivation. A passivating layer of non-stoichiometric alumina (A120x) or silicon oxynitride (SiNxOy) using PECVD 10-25 pt thick or ALD 5-15 pt thick, respectively. The passivating layer reduces the surface recombination rate of minority charge carriers to a level of 10-50 cm / s. A second protective layer of non-stoichiometric silicon nitride (SiNx) 40-120 nm thick is applied over the entire surface of the passivating layer by PECVD. In the back two-layer dielectric coating by laser ablation, local contacts are made, which are areas with a removed two-layer dielectric, in which the aluminum paste will sinter directly with the silicon wafer when the solar cell is burned (see Fig. 1).
Существует три топологии локальных контактов (см. фиг. 2):  There are three topologies for local contacts (see FIG. 2):
1. Линейно-штриховая топология локальных контактов (см. фиг. 2а). Прерывистые линии, состоящие из штрихов шириной 30-50 мкм. Длина штриха 1, 0-8,0 мм и расстояние между штрихами в одной линии 30-300 мкм. Расстояние между линиями 600-1400 мкм.  1. Linear-dashed topology of local contacts (see Fig. 2a). Discontinuous lines consisting of strokes with a width of 30-50 microns. The stroke length is 1, 0-8.0 mm and the distance between the strokes in one line is 30-300 microns. The distance between the lines is 600-1400 microns.
2. Линейно-точечная топология локальных контактов (см. фиг. 26). Линии шириной 30-50 мкм, состоящие из отдельных точек с расстоянием между точками в одной линии 10-100 мкм. Расстояние между линиями 600-1400 мкм. 3. Точечная топология локальных контактов (см. фиг. 2в). Отдельные точки диаметром 30-100мкм с расстоянием между ними 200-700 мкм. 2. Linear-point topology of local contacts (see Fig. 26). Lines with a width of 30-50 microns, consisting of individual points with a distance between points in one line of 10-100 microns. The distance between the lines is 600-1400 microns. 3. The point topology of local contacts (see Fig. 2B). Individual points with a diameter of 30-100 microns with a distance between them of 200-700 microns.
Поверх диэлектрической пассивации с локальными контактами методом трафаретной печати наносятся площадки из серебросодержащей пасты с последующей сушкой при температуре 150-200°С в течение 15-40 сек в конвейерной сушке. Площадки служат для припайки токосъемных шин.  On top of the dielectric passivation with local contacts by screen printing, areas of silver paste are applied, followed by drying at a temperature of 150-200 ° C for 15-40 seconds in a conveyor dryer. The pads are used for soldering slip rings.
На фронтальную сторону солнечного элемента методом трафаретной печати наносится контактная сетка из серебросодержащей пасты с последующей сушкой при температуре 150-200°С в течение 15-40 сек в конвейерной сушке. Контактная сетка служит для сбора носителей заряда и припайки фронтальных токосъемных шин.  A contact grid of silver paste is applied to the front side of the solar cell by screen printing, followed by drying at a temperature of 150-200 ° C for 15-40 seconds in a conveyor dryer. The contact grid is used to collect charge carriers and solder the front collector tires.
На следующем технологическом этапе изготовления солнечного элемента наносится алюминиевая паста методом трафаретной печати на тыльную поверхность солнечного элемента. Существует две топологии печати алюминиевой пасты (см. фиг. 3):  At the next technological stage of manufacturing the solar cell, aluminum paste is applied by screen printing on the back surface of the solar cell. There are two printing topologies for aluminum paste (see Fig. 3):
1. Сплошной слой алюминиевой пасты, обеспечивающий контакт с токосъемными серебросодержащими площадками с перекрытием 0,1 -0,5 мм по периметру каждой площадки (см. фиг. За);  1. A continuous layer of aluminum paste, providing contact with the collector silver-containing sites with an overlap of 0.1 -0.5 mm around the perimeter of each site (see Fig. For);
2. Алюминиевая паста напечатана в виде дорожек поверх локальных контактов в диэлектрической пассивации. Топология отпечатка обеспечивает контакт с токосъемными серебросодержащими площадками с перекрытием 0,1 -0,5 мм по периметру каждой площадки (см. фиг. 36).  2. Aluminum paste printed in the form of tracks on top of local contacts in dielectric passivation. The print topology provides contact with silver collector sites with an overlap of 0.1-0.5 mm along the perimeter of each site (see Fig. 36).
После печати алюминиевой пасты производится ее сушка в конвейерной сушке с инфракрасным нагревом или нагревом горячим воздухом при температуре 200-350°С в течение 15-60 сек.  After printing the aluminum paste, it is dried in a conveyor dryer with infrared heating or heating with hot air at a temperature of 200-350 ° C for 15-60 seconds.
Финальным этапом изготовления солнечного элемента является вжигание солнечного элемента в конвейерной печи с инфракрасным нагревом при пиковой температуре 750-850 °С и временем вжигания 4-7 сек выше 577 °С. В процессе вжигания в локальных контактах происходит формирование локального BSF (Back Surface Field), который представляет собой слой кремниевой пластины, легированный акцепторными примесями алюминия и бора из объема слоя высушенной пасты (см. фиг. 4).  The final step in the manufacture of a solar cell is the burning of a solar cell in a conveyor furnace with infrared heating at a peak temperature of 750-850 ° C and a burning time of 4-7 seconds above 577 ° C. In the process of firing in local contacts, a local BSF (Back Surface Field) is formed, which is a layer of a silicon wafer doped with acceptor impurities of aluminum and boron from the bulk of the dried paste layer (see Fig. 4).
В зависимости от топологии локальных контактов суммарная площадь удаленной лазером диэлектрической пассивации составляет 0,1 -4,5% от общей площади тыльной поверхности солнечного элемента. В местах локальных контактов алюминиевая паста напрямую контактирует и спекается с кремниевой пластиной в процессе вжигания. На участках, где алюминиевая паста напечатана и вожена поверх диэлектрической пассивации не должно быть повреждения диэлектрика, которое ведет к резкому снижению качества тыльной пассивации из-за повышения скорости поверхностной рекомбинации неосновных носителей заряда.  Depending on the topology of the local contacts, the total area of the dielectric passivation removed by the laser is 0.1-4.5% of the total area of the back surface of the solar cell. In places of local contacts, the aluminum paste directly contacts and sinteres with the silicon wafer during the firing process. In areas where aluminum paste is printed and driven over dielectric passivation, there should be no damage to the dielectric, which leads to a sharp decrease in the quality of rear passivation due to an increase in the surface recombination rate of minority charge carriers.
Под слоем качественной диэлектрической пассивацией скорость поверхностной рекомбинации составляет 10-50 см/с. В случае повреждения диэлектрической пассивации скорость поверхностной рекомбинации может существенно превышать 10000 см/с, что приводит к резкому падению коэффициента полезного действия (далее КПД) солнечного элемента.  Under the layer of high-quality dielectric passivation, the surface recombination rate is 10–50 cm / s. In the case of damage to dielectric passivation, the surface recombination rate can significantly exceed 10,000 cm / s, which leads to a sharp drop in the efficiency (hereinafter, the efficiency) of the solar cell.
В локальных контактах, где алюминиевая паста спекается напрямую с кремнием, теоретически достижимая скорость поверхностной рекомбинации составляет 500-1000 см/с при наличии однородного локального BSF слоя. При неоптимальном составе алюминиевой пасты растворение кремния из области локального контакта в объеме алюминиевого слоя может приводить к образованию пустот в местах локальных контактов и неоднородности локального BSF вплоть до его полного отсутствия. Скорость поверхностной рекомбинации в локальных контактах в случае неоднородного BSF слоя может существенно превышать 10000 см/с, что приводит к резкому падению КПД солнечного элемента. In local contacts, where the aluminum paste is sintered directly with silicon, the theoretically achievable surface recombination rate is 500-1000 cm / s in the presence of a uniform local BSF layer. With suboptimal composition aluminum paste, the dissolution of silicon from the area of local contact in the bulk of the aluminum layer can lead to the formation of voids in the places of local contacts and the heterogeneity of the local BSF up to its complete absence. The rate of surface recombination at local contacts in the case of an inhomogeneous BSF layer can significantly exceed 10,000 cm / s, which leads to a sharp drop in the efficiency of the solar cell.
Основным фактором, ограничивающим рост КПД и качество солнечного элемента с тыльной диэлектрической пассивацией, является неоптимальная работа тыльного контакта, изготавливаемого методом трафаретной печати алюминиевой пасты.  The main factor limiting the increase in efficiency and the quality of a solar cell with back dielectric passivation is the non-optimal work of the back contact made by screen printing of aluminum paste.
Для получения качественного тыльного контакта алюминиевая паста должна обеспечивать выполнение комплекса технических требований:  To obtain a high-quality back contact, aluminum paste must ensure the fulfillment of a set of technical requirements:
1. Отсутствие повреждения тыльной диэлектрической пассивации в процессе вжигания солнечного элемента.  1. The absence of damage to the rear dielectric passivation during the burning of the solar cell.
2. Однородный локальный BSF слой и отсутствие пустот в локальных контактах, расположенных в любой точке тыльной стороны солнечного элемента.  2. A homogeneous local BSF layer and the absence of voids in local contacts located at any point on the back of the solar cell.
3. Минимальное слоевое сопротивление воженного слоя алюминиевой пасты. 3. Minimum layer resistance of the pressed layer of aluminum paste.
4. Отсутствие алюминиевых шариков на поверхности воженного алюминиевого слоя 4. The absence of aluminum balls on the surface of the smoothed aluminum layer
5. Величина адгезии алюминиевого слоя после вжигания более 10 Н/см.  5. The amount of adhesion of the aluminum layer after firing more than 10 N / cm.
6. Величина прогиба солнечного элемента менее 1 ,5 мм.  6. The magnitude of the deflection of the solar cell is less than 1.5 mm.
Применение тыльной диэлектрической пассивации в комбинации со специально разработанной алюминиевой пастой позволяет увеличить КПД солнечного элемента на 0,2 абсолютных % за счет повышения качества суммарной пассивации на тыльной стороне солнечного элемента под слоем диэлектрической пассивации и в местах локальных контактов, в которых алюминиевая паста напрямую спекается с кремнием.  The use of rear dielectric passivation in combination with a specially developed aluminum paste allows increasing the efficiency of the solar cell by 0.2 absolute% by improving the quality of the total passivation on the back of the solar cell under the dielectric passivation layer and in places of local contacts in which the aluminum paste is directly sintered with silicon.
Известен способ формирования тыльного контакта солнечного элемента с тыльной диэлектрической пассивацией с помощью пасты, содержащей кремний в количестве от 1 до 12 атомных % (публикация патента ЕР 2149155 В1, кл. МПК H01L 31/0224, H01L 31/18, опубл. 27.10.2010).  There is a method of forming the back contact of a solar cell with back dielectric passivation using a paste containing silicon in an amount of from 1 to 12 atomic% (patent publication EP 2149155 B1, class IPC H01L 31/0224, H01L 31/18, publ. 10.27.2010 )
Недостатками данного способа являются:  The disadvantages of this method are:
1. Выбраны неоптимальные концентрационные пределы кремния в пасте. Концентрация кремния в пасте менее 3,5 ат.% не обеспечивает достаточного снижения растворимости кремния из области локального контакта в слое пасты во время вжигания.  1. Selected non-optimal concentration limits of silicon in the paste. The silicon concentration in the paste of less than 3.5 at.% Does not provide a sufficient decrease in the solubility of silicon from the area of local contact in the paste layer during firing.
2. Способ введения кремния в готовую коммерчески доступную на рынке пасту не обеспечивает промышленной применимости изобретения. Введение в готовую пасту 1-12 ат.% порошка кремния потребует дополнительной корректировки состава пасты органическим связующим.  2. The method of introducing silicon into the finished paste commercially available on the market does not ensure the industrial applicability of the invention. The introduction of 1-12 at.% Silicon powder into the finished paste will require additional adjustment of the paste composition with an organic binder.
Известна алюминиевая паста для тыльного электрода солнечного элемента с тыльной диэлектрической пассивацией (публикация национальной заявки JP 2013- 143499 А, кл. МПК H01L 31/04, H01L 21/28, H01L 21/288, опубл. 22.07.2013). Паста содержит смесь порошка алюминия, порошка сплава алюминия с кремнием (Al-Si) и порошка кремния. При этом общая концентрация кремния в смеси трех порошков за счет порошка Al-Si и порошка чистого кремния лежит в диапазоне 10-40 масс.%. Концентрация кремния в сплаве Al-Si находится в диапазоне 5-40 масс.%. Known aluminum paste for the back electrode of a solar cell with back dielectric passivation (publication of national application JP 2013-143499 A, class IPC H01L 31/04, H01L 21/28, H01L 21/288, publ. 22.07.2013). The paste contains a mixture of aluminum powder, aluminum alloy powder with silicon (Al-Si) and silicon powder. The total concentration of silicon in the mixture of three powders per due to Al-Si powder and pure silicon powder lies in the range of 10-40 wt.%. The concentration of silicon in the Al-Si alloy is in the range of 5-40 wt.%.
Недостатками известной алюминиевой пасты являются:  The disadvantages of the known aluminum paste are:
1. Наличие части кремния в пасте в виде порошка кремния, который, обладая абразивными свойствами, механически повреждает (царапает) слой тыльной пассивации солнечного элемента в процессе печати пасты. Это приводит к повышению скорости тыльной поверхностной рекомбинации и снижению КПД солнечного элемента.  1. The presence of a part of silicon in the paste in the form of a silicon powder, which, having abrasive properties, mechanically damages (scratches) the back passivation layer of the solar cell during paste printing. This leads to an increase in the rate of back surface recombination and a decrease in the efficiency of the solar cell.
2. Наличие абразивного порошка кремния в пасте приводит к повышенному износу сетки трафарета и ракельного полотна в процессе печати.  2. The presence of abrasive silicon powder in the paste leads to increased wear of the screen mesh and the doctor blade during printing.
3. Неоптимальный выбор диапазона общей концентрации кремния. При концентрации кремния более 22 масс.% наблюдается резкое повышение слоевого сопротивления воженного тыльного контакта и снижение КПД солнечного элемента за счет роста последовательного сопротивления.  3. Non-optimal choice of the range of total silicon concentration. At a silicon concentration of more than 22 wt.%, There is a sharp increase in the layer resistance of the veneered back contact and a decrease in the solar cell efficiency due to an increase in the series resistance.
Известна алюминиевая паста для тыльного электрода солнечного элемента с тыльной диэлектрической пассивацией (публикация международной заявки WO2016/178386А1, кл. МПК H01L 31/0224, Н01В 1/22, H01L 31/068, опубл. 10.11.2016). Паста содержит смесь порошка алюминия и порошка сплава алюминия с кремнием (Al-Si). Концентрация кремния в сплаве Al-Si лежит в диапазоне 3,0-30,0 масс.%. А концентрация кремния в смеси порошка алюминия и порошка сплава Al-Si лежит в диапазоне 3,0-15,0 масс.%. Known aluminum paste for the back electrode of a solar cell with back dielectric passivation (publication of international application WO2016 / 178386A1, class IPC H01L 31/0224, H01B 1/22, H01L 31/068, publ. 10.11.2016). The paste contains a mixture of aluminum powder and powder of an alloy of aluminum with silicon (Al-Si). The concentration of silicon in the Al-Si alloy lies in the range of 3.0-30.0 wt.%. And the silicon concentration in the mixture of aluminum powder and Al-Si alloy powder lies in the range of 3.0-15.0 wt.%.
Паста содержит одну или смесь двух стеклофрит, не содержащих свинец и щелочные металлы, но содержащие оксид бора В203.  The paste contains one or a mixture of two glass fiber, not containing lead and alkali metals, but containing boron oxide B203.
Недостатками известной алюминиевой пасты являются:  The disadvantages of the known aluminum paste are:
Неоптимальный выбор диапазона концентрации кремния в сплаве Al-Si. Концентрация кремния менее 13 масс.% не обеспечивает достаточного снижения растворимости кремния из области локального контакта в слое пасты во время вжигания.  Non-optimal choice of silicon concentration range in Al-Si alloy. A silicon concentration of less than 13 wt.% Does not provide a sufficient decrease in the solubility of silicon from the area of local contact in the paste layer during firing.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому положительному эффекту - прототип - является проводящая композиция, используемая при формировании толстопленочных электродов солнечных элементов с тыльной диэлектрической пассивацией и локальными контактами (публикация международной заявки W02013/109466A1, кл. МПК Н01В 1/16, H01L 31/18, опубл. 25.07.2013). Паста содержит: 40-80 масс.% алюминиевого порошка; стеклофритты 0,1- 10 масс.%, органического связующего 5,0-30,0 масс.% и 0,1-10 масс.% органических или неорганических добавок. Органические добавки включают в себя одно или смесь металлоорганических соединений бора, кремния, ванадия, фосфора, сурьмы, иттрия, титана, никеля, кобальта, циркония, цинка и лития. Неорганические добавки включают до 20 масс. % неэвтектических и эвтектического сплавов алюминия с кремнием.  The closest in technical essence and the achieved positive effect - the prototype - is a conductive composition used in the formation of thick-film electrodes of solar cells with rear dielectric passivation and local contacts (publication of international application W02013 / 109466A1, class IPC Н01В 1/16, H01L 31/18 published on 07.25.2013). The paste contains: 40-80 wt.% Aluminum powder; glass frits 0.1-10 wt.%, organic binder 5.0-30.0 wt.% and 0.1-10 wt.% organic or inorganic additives. Organic additives include one or a mixture of organometallic compounds of boron, silicon, vanadium, phosphorus, antimony, yttrium, titanium, nickel, cobalt, zirconium, zinc and lithium. Inorganic additives include up to 20 mass. % non-eutectic and eutectic alloys of aluminum with silicon.
Недостатками известной композиции являются:  The disadvantages of the known composition are:
1. Использование борорганических соединений в качестве источника акцепторной примеси бора. В процессе вжигания пасты в результате пиролиза борорганических соединений происходит образование оксида бора и его испарение, что приводит к загрязнению вытяжной системы печи. 1. The use of organoboron compounds as a source of acceptor impurities of boron. In the process of burning pasta as a result of pyrolysis Organoboron compounds are formed of boron oxide and its evaporation, which leads to contamination of the exhaust system of the furnace.
2. Не определены концентрационные пределы содержания кремния в сплаве Al-Si и в пасте, обеспечивающие формирование однородного локального BSF слоя и одновременно низкое слоевое сопротивление.  2. The concentration limits of the silicon content in the Al-Si alloy and in the paste have not been determined, which ensure the formation of a uniform local BSF layer and at the same time low layer resistance.
Раскрытие изобретения Disclosure of invention
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в создании композиции (состава) алюминиевой токопроводящей пасты, позволяющей при пониженной массе отпечатка пасты, получить качественный тыльный контакт, обеспечивающий повышение КПД солнечного элемента с тыльной диэлектрической пассивацией и локальными контактами с линейной-штриховой, линейно-точечной или точечной топологиями.  The problem to which the claimed invention is directed is to create a composition (composition) of an aluminum conductive paste, which, with a reduced mass of the imprint of the paste, allows to obtain a high-quality back contact, which provides an increase in the efficiency of a solar cell with back dielectric passivation and local contacts with linear dashed, linear - point or point topologies.
Технический результат, достигаемый при реализации заявленного изобретения, заключается в снижении повреждения диэлектрической пассивации пастой в процессе вжигания контактной системы солнечного элемента при одновременном повышении качества тыльного алюминиевого контакта и качества пассивации в локальных контактах за счет получения однородного локального BSF слоя, что приводит к существенному снижению дефектности и повышению КПД солнечного элемента при массе отпечатка алюминиевой пасты менее 0,7 грамма на один солнечный элемент.  The technical result achieved by the implementation of the claimed invention is to reduce the damage to dielectric passivation by the paste during the burning of the contact system of the solar cell while improving the quality of the back aluminum contact and the quality of passivation in local contacts by obtaining a uniform local BSF layer, which leads to a significant reduction in defectiveness and increasing the efficiency of the solar cell when the mass of the print of aluminum paste is less than 0.7 grams per solar cell.
Качество тыльного алюминиевого контакта означает дополнительно выполнение одновременно трех технических требований:  The quality of the rear aluminum contact additionally means the fulfillment of three technical requirements simultaneously:
1. Отсутствие образования в процессе вжигания алюминиевых шариков любого размера на поверхности воженного алюминиевого слоя;  1. Lack of formation during the burning process of aluminum balls of any size on the surface of the waxed aluminum layer;
2. Величина адгезии воженного алюминиевого слоя не менее 10 Н/см;  2. The value of adhesion of the smoothed aluminum layer is not less than 10 N / cm;
3. Прогиб солнечного элемента, возникающий за счет разницы в коэффициентах линейного термического расширения алюминиевой пасты и кремниевой пластины менее 1,5 мм.  3. Deflection of the solar cell due to the difference in the coefficients of linear thermal expansion of the aluminum paste and silicon wafer is less than 1.5 mm.
Указанный технический результат достигается тем, что алюминиевая паста для кремниевых солнечных элементов включает порошок алюминия с оптимизированным гранулометрическим составом в концентрации 68-82 масс. %, органическое связующее 15-29 масс. %, порошок или смесь порошков стекла не более 1,0 масс. % (далее порошок стекла), одно или смесь металлоорганических соединений из ряда олеатов, стеаратов или октоатов магния, кальция, стронция, бария 0,1 -2,0 масс. %, а также порошок или смесь порошков сплава алюминия с кремнием (Al-Si), легированного бором, в оптимальном диапазоне концентраций бора 0,04-0,20 масс. % (далее порошок сплава). Порошок сплава вводится в пасту за счет порошка алюминия. При этом остается неизменной суммарная концентрация порошка алюминия и порошка сплава. Оптимальный диапазон концентраций кремния в порошке сплава 15- 40 масс. %. Оптимальный диапазон концентраций порошка сплава в пасте 33-40 масс. %.  The specified technical result is achieved in that the aluminum paste for silicon solar cells includes aluminum powder with an optimized particle size distribution in a concentration of 68-82 mass. %, organic binder 15-29 wt. %, powder or a mixture of glass powders not more than 1.0 mass. % (hereinafter glass powder), one or a mixture of organometallic compounds from a number of oleates, stearates or octoates of magnesium, calcium, strontium, barium 0.1 -2.0 mass. %, as well as a powder or a mixture of powders of an alloy of aluminum with silicon (Al-Si) doped with boron in the optimal range of boron concentrations of 0.04-0.20 mass. % (hereinafter referred to as alloy powder). Alloy powder is introduced into the paste due to aluminum powder. At the same time, the total concentration of aluminum powder and alloy powder remains unchanged. The optimal range of silicon concentrations in the alloy powder is 15-40 mass. % The optimal concentration range of the alloy powder in the paste is 33-40 mass. %
Применение порошка стекла с концентрацией в пасте не более 1,0 масс. % в комбинации металлорганическими соединениями щелочноземельных металлов (Mg, Са, Sr, Ва) в пасте позволяет увеличить КПД солнечного элемента за счет снижения повреждения диэлектрической пассивации стеклом в процессе вжигания пасты, а также обеспечения равномерного протекания процесса спекания на границе с кремниевой пластиной в местах локальных контактов за счет металлорганических соединений. The use of glass powder with a concentration in the paste of not more than 1.0 mass. % in a combination of organometallic compounds of alkaline earth metals (Mg, Ca, Sr, Ba) in the paste allows to increase the efficiency of the solar cell by reducing damage to the dielectric passivation by glass during the paste firing process, and also ensuring a uniform flow of the sintering process at the boundary with the silicon wafer in places of local contacts due to organometallic compounds.
Добавка порошка сплава (Al-Si), легированного бором, с оптимальным диапазоном концентраций кремния в сплаве 15-40 масс. % и в оптимальном диапазоне концентраций сплава в пасте 33-40 масс. % позволяет дополнительно увеличить КПД солнечного элемента за счет снижения растворения кремния в слое пасты из области локальных контактов в процессе вжигания пасты, что приводит к повышению однородности локального BSF слоя и особенно эффективно для конструкции солнечного элемента с точечными локальными контактами в диэлектрической пассивации.  The additive powder of the alloy (Al-Si), doped with boron, with an optimal range of silicon concentrations in the alloy 15-40 mass. % and in the optimal range of alloy concentrations in the paste 33-40 wt. % allows you to further increase the efficiency of the solar cell by reducing the dissolution of silicon in the paste layer from the area of local contacts during the burning process of the paste, which increases the uniformity of the local BSF layer and is especially effective for the construction of a solar cell with point local contacts in dielectric passivation.
Добавка порошка сплава (Al-Si), легированного бором, в оптимальном диапазоне концентраций бора 0,04-0,20 масс. % позволяет компенсировать снижение содержания бора при понижении концентрации порошка стекла в пасте и дополнительно способствует существенно более равномерному распределению бора в объеме пасты, что приводит к повышению КПД солнечного элемента.  The additive powder of the alloy (Al-Si) doped with boron in the optimal range of boron concentrations of 0.04-0.20 mass. % allows you to compensate for the decrease in boron content while lowering the concentration of glass powder in the paste and further contributes to a significantly more uniform distribution of boron in the paste, which leads to an increase in the efficiency of the solar cell.
Краткое описание чертежей Brief Description of the Drawings
На фиг. 1 представлена структура солнечного элемента с тыльной диэлектрической пассивацией перед печатью, сушкой и вжиганием алюминиевой пасты.  In FIG. 1 shows the structure of a solar cell with back dielectric passivation before printing, drying and burning aluminum paste.
На фиг. 2 представлены три топологии локальных контактов в тыльной диэлектрической пассивации:  In FIG. 2 shows three topologies of local contacts in the rear dielectric passivation:
а) Линейно-штриховая топология локальных контактов. Прерывистые линии, состоящие из штрихов шириной 30-50 мкм. Длина штриха 1, 0-8,0 мм и расстояние между штрихами в одной линии 30-300 мкм. Расстояние между линиями 600-1400 мкм.  a) Line-dashed topology of local contacts. Discontinuous lines consisting of strokes with a width of 30-50 microns. The stroke length is 1, 0-8.0 mm and the distance between the strokes in one line is 30-300 microns. The distance between the lines is 600-1400 microns.
б) Линейно-точечная топология локальных контактов. Линии шириной 30-50 мкм, состоящие из отдельных точек с расстоянием между точками в одной линии 10-100 мкм. Расстояние между линиями 600-1400 мкм.  b) Linear point topology of local contacts. Lines with a width of 30-50 microns, consisting of individual points with a distance between points in one line of 10-100 microns. The distance between the lines is 600-1400 microns.
в) Точечная топология локальных контактов. Отдельные точки диаметром 30- ЮОмкм с расстоянием между ними 200-700 мкм.  c) Point topology of local contacts. Individual points with a diameter of 30 - 10Okm with a distance between them of 200-700 microns.
На фиг. 3 представлена тыльная сторона солнечных элементов с двумя топологиями отпечатка алюминиевой пасты:  In FIG. Figure 3 shows the back of solar cells with two print topologies of aluminum paste:
а) Сплошной слой алюминиевой пасты, обеспечивающий контакт с токосъемными серебросодержащими площадками с перекрытием 0,1 -0,5 мм по периметру каждой площадки.  a) A continuous layer of aluminum paste, providing contact with the collector silver-containing sites with an overlap of 0.1 -0.5 mm around the perimeter of each site.
б) Алюминиевая паста напечатана в виде дорожек поверх локальных контактов в диэлектрической пассивации. Топология отпечатка обеспечивает контакт с токосъемными серебросодержащими площадками с перекрытием 0,1 -0,5 мм по периметру каждой площадки.  b) Aluminum paste is printed in the form of tracks on top of local contacts in dielectric passivation. The print topology provides contact with silver collector pads with an overlap of 0.1-0.5 mm around the perimeter of each pad.
На фиг. 4 представлена структура солнечного элемента с тыльной диэлектрической пассивацией после печати, сушки и вжигания алюминиевой пасты.  In FIG. 4 shows the structure of a solar cell with back dielectric passivation after printing, drying and burning aluminum paste.
На фигурах приняты следующие обозначения:  The following notation is used in the figures:
1. Пластина кремния с проводимостью p-типа, легированного бором или галлием. 2. Эмиттер солнечного элемента - Слой кремния на фронтальной текстурированной поверхности солнечного элемента, легированный фосфором. 1. A silicon wafer with p-type conductivity doped with boron or gallium. 2. Solar cell emitter - A layer of silicon on the frontal textured surface of a solar cell doped with phosphorus.
3. Слой антиотражающего покрытия из нестехиометрического нитрида кремния (SiNx).  3. A layer of antireflection coating of non-stoichiometric silicon nitride (SiNx).
4. Пассивирующий слой из нестехиометрического оксида алюминия или оксинитрида кремния.  4. Passivation layer of non-stoichiometric alumina or silicon oxynitride.
5. Защитный диэлектрический слой из нестехиометрического нитрида кремния 5. The protective dielectric layer of non-stoichiometric silicon nitride
(SiNx). (SiNx).
6. Локальные контакты - участки с удаленным лазерной абляцией двухслойным диэлектриком.  6. Local contacts - areas with remote laser ablation by a two-layer dielectric.
7. Площадки из серебросодержащей пасты для припайки токосъемных шин. 7. Sites made of silver-containing paste for soldering current collector tires.
8. Слой алюминиевой пасты. 8. A layer of aluminum paste.
9. Контактная сетка, изготовленная методом трафаретной печати серебросодержащей пасты на фронтальной стороне солнечного элемента.  9. Contact grid made by screen printing of silver-containing paste on the front side of the solar cell.
10. Локальный BSF - легированный алюминием слой кремния в процессе вжигания контактов солнечного элемента.  10. Local BSF - an aluminum-doped silicon layer during the burning of contacts of a solar cell.
11. Площадки из серебросодержащей пасты для припайки токосъемных шин.  11. Sites made of silver-containing paste for soldering slip rings.
Осуществление изобретения The implementation of the invention
В качестве порошка алюминия в пасте используется сферический мелкодисперсный порошок или смесь порошков алюминия с известным соотношением размеров частиц для обеспечения максимальной плотности упаковки после печати, сушки и вжигания алюминиевой пасты. Средний размер частиц D50 порошка алюминия или смеси порошков алюминия лежит в диапазоне 2-4 мкм. Увеличение среднего размера частиц D50 более 4,0 мкм приводит к ухудшению печатных свойств пасты при целевой массе отпечатка пасты не более 0,7 грамма на пластину. Уменьшение среднего размера частиц D50 порошка алюминия менее 2,0 мкм приводит к увеличению сопротивления воженного слоя пасты, повышению последовательного сопротивления солнечного элемента и снижению КПД.  As the aluminum powder in the paste, a spherical fine powder or a mixture of aluminum powders with a known particle size ratio is used to ensure maximum packing density after printing, drying and burning of aluminum paste. The average particle size D50 of an aluminum powder or a mixture of aluminum powders is in the range of 2-4 microns. The increase in the average particle size D50 more than 4.0 microns leads to a deterioration of the printing properties of the paste with a target mass of the print of the paste is not more than 0.7 grams per plate. A decrease in the average particle size D50 of aluminum powder below 2.0 μm leads to an increase in the resistance of the pasted layer of the paste, an increase in the series resistance of the solar cell and a decrease in efficiency.
В качестве стеклофритты может использоваться один порошок или смесь порошков коммерчески доступных стекол кремний-висмутатной, свинцово- боросиликатной, сурьмянисто-боросиликатной и других систем с температурой размягчения в диапазоне 200-400 °С и средним размером частиц D50 не более 3,0 мкм, предпочтительно 1, 0-2,0 мкм. Верхний защитный слой диэлектрической пассивации, изготовленный из нитрида кремния (SiNx), является химически инертным по отношению к широкому спектру химических элементов. Однако, в процессе вжигания пасты частицы порошка стекла независимо от химического состава стекла повреждают слой диэлектрической пассивации при охлаждении за счет разницы температурных коэффициентов расширения стекла и слоя диэлектрической пассивации. Снижение концентрации порошка стекла в пасте позволяет уменьшить степень повреждения диэлектрической пассивации, что ведет к повышению КПД. Однако, одновременно с этим снижается равномерность спекания пасты с кремниевой пластиной в местах локальных контактов, что ведет формированию неравномерного локального BSF слоя и снижению КПД солнечного элемента. Уменьшение содержания стекла в пасте дополнительно ведет к снижению величины адгезии воженного слоя пасты. Порошок стекла в пасте выполняет функцию флюса, обеспечивающего равномерное и достаточное спекание частиц алюминия в объеме слоя пасты, с диэлектрической пассивацией и в местах локальных контактов с кремниевой пластиной. As the glass frit, a single powder or a mixture of powders of commercially available glasses of silicon-bismuthate, lead-borosilicate, antimony-borosilicate and other systems with a softening temperature in the range of 200-400 ° C and an average particle size of D50 of not more than 3.0 μm can be used, preferably 1, 0-2.0 microns. The upper dielectric passivation protective layer made of silicon nitride (SiNx) is chemically inert with respect to a wide range of chemical elements. However, during the paste firing process, particles of glass powder, regardless of the chemical composition of the glass, damage the dielectric passivation layer during cooling due to the difference in the temperature expansion coefficients of the glass and the dielectric passivation layer. Reducing the concentration of glass powder in the paste can reduce the degree of damage to dielectric passivation, which leads to increased efficiency. However, at the same time, the uniformity of sintering of the paste with a silicon wafer at the places of local contacts decreases, which leads to the formation of an uneven local BSF layer and a decrease in the efficiency of the solar cell. A decrease in the glass content in the paste further leads to a decrease in adhesion a primed layer of paste. The glass powder in the paste performs the function of a flux providing uniform and sufficient sintering of aluminum particles in the volume of the paste layer, with dielectric passivation and in the places of local contacts with the silicon wafer.
Для снижения степени повреждения частицами стекла диэлектрической пассивации в процессе вжигания пасты суммарная концентрация порошков стекол не должна превышать 1,0 масс. %. Предпочтительно не более 0,5 масс. %.  To reduce the degree of damage to the particles of glass dielectric passivation during the burning process of the paste, the total concentration of glass powders should not exceed 1.0 mass. % Preferably not more than 0.5 mass. %
Для повышения равномерности протекания физико-химических процессов спекания в пасту с пониженной концентрацией стекла вводится одно или смесь металлорганических соединений щелочноземельных металлов из ряда олеатов, стеаратов или октоатов Mg, Са, Sr, Ва в диапазоне концентраций 0,1 - 2,0 масс. %. В процессе замешивания и перетира пасты металлоорганические соединения растворяются в органическом связующем пасты и равномерно распределяются по объему пасты. Концентрация металлоорганических соединений менее 0,1% не обеспечивает достаточного улучшения величины и равномерности спекаемости слоя пасты, что приводит к снижению адгезии и КПД за счет образования неоднородного локального BSF слоя и роста сопротивления алюминиевого слоя. Введение в состав пасты более 2,0 масс. % металлоорганических соединений щелочноземельных металлов приводит к резкому увеличению прогиба солнечного элемента после вжигания и образованию алюминиевых шариков на поверхности воженного алюминиевого слоя.  To increase the uniformity of the physical and chemical processes of sintering, one or a mixture of organometallic compounds of alkaline-earth metals from a number of oleates, stearates or octoates Mg, Ca, Sr, Ba in a concentration range of 0.1 - 2.0 masses is introduced into the paste with a reduced concentration of glass. % In the process of kneading and grinding the paste, organometallic compounds are dissolved in the organic binder of the paste and are evenly distributed over the volume of the paste. A concentration of organometallic compounds of less than 0.1% does not provide a sufficient improvement in the size and uniformity of the sinterability of the paste layer, which leads to a decrease in adhesion and efficiency due to the formation of an inhomogeneous local BSF layer and an increase in the resistance of the aluminum layer. Introduction to the composition of the paste more than 2.0 mass. % of organometallic compounds of alkaline earth metals leads to a sharp increase in the deflection of the solar cell after burning and the formation of aluminum balls on the surface of the waxed aluminum layer.
В известных составах алюминиевых паст порошок стекла дополнительно служит источником бора, который так же, как и алюминий является акцепторной примесью в кремнии, но имеет больше предел растворимости в кремнии по сравнению с алюминием. Концентрация акцепторных примесей в локальном BSF слое определяет качество его работы по снижению скорости поверхностной рекомбинации в области локальных контактов. Чем выше концентрация акцепторной примеси в BSF слое, тем ниже скорость поверхностной рекомбинации и выше КПД солнечного элемента.  In known compositions of aluminum pastes, glass powder additionally serves as a source of boron, which, like aluminum, is an acceptor impurity in silicon, but has a greater solubility limit in silicon than aluminum. The concentration of acceptor impurities in the local BSF layer determines the quality of its work to reduce the surface recombination rate in the region of local contacts. The higher the concentration of acceptor impurities in the BSF layer, the lower the surface recombination rate and the higher the efficiency of the solar cell.
При снижении концентрации порошка стекла в пасте необходимо компенсировать снижение концентрации бора. Одновременно с этим для повышения КПД солнечного элемента необходимо повысить равномерность распределения бора по объему пасты в связи с его низкой растворимостью и скоростью диффузии в алюминии и кремнии. При температурах вжигания солнечного элемента предел растворимости бора в алюминии составляет порядка 0,16 масс. %. Растворимость бора в кремнии не превышает 0,1 масс. %. Равновесная концентрация бора в локальном BSF при комнатных температурах составляет 0,03 масс. %.  With a decrease in the concentration of glass powder in the paste, it is necessary to compensate for the decrease in the concentration of boron. At the same time, in order to increase the efficiency of the solar cell, it is necessary to increase the uniformity of boron distribution over the paste volume due to its low solubility and diffusion rate in aluminum and silicon. At the ignition temperature of the solar cell, the solubility limit of boron in aluminum is about 0.16 mass. % The solubility of boron in silicon does not exceed 0.1 mass. % The equilibrium concentration of boron in the local BSF at room temperature is 0.03 mass. %
Известным эффектом в процессе вжигания алюминиевой пасты в конструкции солнечного элемента с тыльной диэлектрической пассивацией является снижение однородности локального BSF за счет растворения кремния из области локальных контактов в объеме алюминиевой пасты. При температурах вжигания солнечного элемента 750оС растворимость кремния в алюминии достигает 15 масс. %.  A known effect in the process of burning aluminum paste in the design of a solar cell with dielectric passivation is to reduce the uniformity of the local BSF due to the dissolution of silicon from the area of local contacts in the volume of aluminum paste. At the solar cell burning temperature of 750 ° C, the solubility of silicon in aluminum reaches 15 mass. %
Введение в пасту порошка сплава алюминия с кремнием (Al-Si), легированного бором, позволяет эффективно решить обе задачи: 1. Ввести в пасту оптимальное количество бора, одновременно повысив однородность его распределения по объему напечатанного слоя пасты относительно использовавшегося ранее в качестве источника бора порошка стекла; The introduction into the paste of a powder of an alloy of aluminum with silicon (Al-Si) doped with boron can effectively solve both problems: 1. Introduce the optimal amount of boron into the paste, while increasing the uniformity of its distribution over the volume of the printed paste layer relative to glass powder used previously as a source of boron;
2. Повысить однородность локального BSF слоя за счет снижения растворения кремния из области локального контакта в процессе вжигания слоя пасты.  2. To increase the uniformity of the local BSF layer by reducing the dissolution of silicon from the area of local contact during the burning of the paste layer.
В качестве порошка сплава (Al-Si), легированного бором, используется сферический мелкодисперсный порошок или смесь порошков со средним размером частиц D50 в диапазоне 2-4 мкм. Превышение среднего размера частиц D50 порошка сплава более 4,0 мкм приводит к ухудшению печатных свойств пасты при целевой массе отпечатка пасты не более 0,7 грамма на пластину. Снижение среднего размера частиц D50 порошка сплава менее 2,0 мкм ведет к значительному увеличению сопротивления воженного слоя паст и снижению КПД.  As a powder of an alloy (Al-Si) doped with boron, a spherical fine powder or a mixture of powders with an average particle size of D50 in the range of 2-4 microns is used. Exceeding the average particle size D50 of the alloy powder of more than 4.0 μm leads to a deterioration in the printing properties of the paste with a target mass of the print of the paste of not more than 0.7 grams per plate. The decrease in the average particle size D50 of the alloy powder less than 2.0 microns leads to a significant increase in the resistance of the pasted layer of pastes and lower efficiency.
Оптимальный диапазон концентраций бора в сплаве составляет 0,04-0,20%. Увеличение концентрации бора в пасте до уровня, сопоставимого с пределом его растворимости в алюминии и кремнии, ведет к повышению КПД солнечного элемента. Повышение содержания бора выше предела растворимости приводит к образованию морфологических дефектов - алюминиевых шариков на поверхности воженного слоя алюминиевой пасты.  The optimal range of boron concentrations in the alloy is 0.04-0.20%. An increase in the concentration of boron in the paste to a level comparable to its solubility in aluminum and silicon leads to an increase in the efficiency of the solar cell. An increase in boron content above the solubility limit leads to the formation of morphological defects - aluminum balls on the surface of the waxed layer of aluminum paste.
Оптимальный диапазон концентраций кремния в сплаве 15-40 масс. %. При концентрациях кремния менее 15 масс. % не обеспечивается эффективное подавление растворения кремния из области локального контакта в объеме слоя пасты. Превышение концентрации кремния в сплаве более 40 масс. % приводит к росту слоевого сопротивления воженного слоя пасты и образованию алюминиевых шариков на поверхности воженного слоя пасты из-за локального пресыщения кремнием, что приводит к снижению КПД солнечного элемента.  The optimal range of silicon concentrations in the alloy is 15-40 mass. % At silicon concentrations less than 15 mass. % effective suppression of the dissolution of silicon from the area of local contact in the volume of the paste layer is not provided. The excess of silicon concentration in the alloy is more than 40 mass. % leads to an increase in the layer resistance of the paste paste layer and the formation of aluminum balls on the surface of the paste paste layer due to local saturation with silicon, which leads to a decrease in the solar cell efficiency.
Оптимальный диапазон концентраций сплава в пасте 33-40 масс. %. Снижение концентрации сплава в пасте менее 33 масс. % не обеспечивает эффективное подавление растворения кремния из области локального контакта в объеме слоя пасты. Увеличение концентрации сплава в пасте более 40 масс. % приводит к росту слоевого сопротивления воженного слоя пасты и образованию алюминиевых шариков на поверхности воженного слоя пасты вследствие локального пресыщения кремнием, что приводит к снижению КПД солнечного элемента.  The optimal range of alloy concentrations in the paste is 33-40 mass. % The decrease in the concentration of the alloy in the paste is less than 33 mass. % does not provide an effective suppression of the dissolution of silicon from the area of local contact in the volume of the paste layer. The increase in alloy concentration in the paste is more than 40 mass. % leads to an increase in the layer resistance of the paste paste layer and the formation of aluminum balls on the surface of the paste paste layer due to local saturation with silicon, which leads to a decrease in the solar cell efficiency.
Содержание органического связующего в пасте находится в диапазоне 15-29 масс. %. Органическое связующее включает в себя один или смесь полимеров (акрилатные полимеры, полиметилметакрилаты, этилцеллюлоза, поливинибутираль и др.) в качестве пленкообразующего. Органическое связующее получают путем растворения полимера в высококипящих органических растворителях. В роли растворителей может быть использован бутилкарбитол, бутилкарбитолацетат, терпинеол, тексанол и др. В качестве добавок в составе органического связующего возможно применение дисперсантов, смачивателей и тиксотропных агентов. Состав органического связующего подобран таким образом, чтобы обеспечить качественную сушку пасты при температурах 200-350 °С в течение 15-60 сек., а также дополнительно минимальное растекание дорожек в процессе печати и сушки пасты в конструкции солнечного элемента, где алюминиевая паста напечатана в виде дорожек поверх локальных контактов в диэлектрической пассивации. Оптимальность количественного состава пасты подтверждается тем, что при введении входящих в нее компонентов в количествах выше или ниже заявляемых пределов не обеспечиваются требуемые параметры солнечного элемента (таблица 2). The content of the organic binder in the paste is in the range of 15-29 mass. % Organic binder includes one or a mixture of polymers (acrylate polymers, polymethyl methacrylates, ethyl cellulose, polyvinyl butyral, etc.) as a film-forming. An organic binder is prepared by dissolving the polymer in high boiling organic solvents. Butylcarbitol, butylcarbitol acetate, terpineol, texanol, etc. can be used as solvents. Dispersants, wetting agents, and thixotropic agents can be used as additives in the organic binder. The composition of the organic binder is selected in such a way as to ensure high-quality drying of the paste at temperatures of 200-350 ° C for 15-60 seconds, as well as an additional minimum spreading of the tracks during printing and drying of the paste in the design of the solar cell, where the aluminum paste is printed in the form tracks over local contacts in dielectric passivation. The optimality of the quantitative composition of the paste is confirmed by the fact that with the introduction of its constituent components in quantities higher or lower than the declared limits, the required parameters of the solar cell are not provided (table 2).
Проведенный анализ уровня техники показал, что заявленная совокупность существенных признаков, изложенная в формуле изобретения, неизвестна. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявленного технического решения условию патентоспособности «новизна».  The analysis of the prior art showed that the claimed combination of essential features set forth in the claims is unknown. This allows us to conclude that the claimed technical solution meets the condition of patentability “novelty”.
Сравнительный анализ показал, что в уровне техники не выявлены решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками заявленного изобретения, а также не подтверждена известность влияния этих признаков на технический результат. Таким образом, заявленное техническое решение удовлетворяет условию патентоспособности «изобретательский уровень».  A comparative analysis showed that in the prior art no solutions have been identified that have features that match the distinctive features of the claimed invention, and the popularity of the influence of these signs on the technical result is not confirmed. Thus, the claimed technical solution satisfies the condition of patentability "inventive step".
Пример 1  Example 1
Для приготовления токопроводящей пасты использовали: порошок алюминия с размером частиц D50 3,2 мкм в количестве 76,9 масс. %, порошок стекла системы сурьма-бор-кремний в количестве 1,1 масс. %, остальное - органическое связующее, 10% раствор этилцеллюлозы в смеси терпинеола и бутилкарбитола. Фактический состав паты приведен в таблице 1. Параметры солнечного элемента, изготовленного с применением пасты приведены в таблице 2.  To prepare the conductive paste used: aluminum powder with a particle size of D50 3.2 μm in an amount of 76.9 mass. %, glass powder of the antimony-boron-silicon system in an amount of 1.1 mass. %, the rest is an organic binder, a 10% solution of ethyl cellulose in a mixture of terpineol and butylcarbitol. The actual composition of the sticks is shown in table 1. The parameters of a solar cell made using paste are shown in table 2.
Пример 2  Example 2
Для приготовления токопроводящей пасты использовали: порошок алюминия с размером частиц D50 3,2 мкм в количестве 77,6 масс. %, порошок стекла системы сурьма-бор-кремний в количестве 0,4 масс. %, остальное - органическое связующее, 10% раствор этилцеллюлозы в смеси терпинеола и бутилкарбитола. Фактический состав пасты приведен в таблице 1. Параметры солнечного элемента, изготовленного с применением пасты приведены в таблице 2.  For the preparation of conductive paste used: aluminum powder with a particle size of D50 3.2 μm in the amount of 77.6 mass. %, glass powder of the antimony-boron-silicon system in an amount of 0.4 mass. %, the rest is an organic binder, a 10% solution of ethyl cellulose in a mixture of terpineol and butylcarbitol. The actual composition of the paste is shown in table 1. The parameters of the solar cell made using the paste are shown in table 2.
Пример 3  Example 3
Для приготовления токопроводящей пасты использовали: порошок алюминия с размером частиц D50 3,2 мкм в количестве 76,5 масс. %, порошок стекла системы сурьма-бор-кремний в количестве 0,4 масс. %, олеат кальция в количестве 1 ,1 масс. %, остальное - органическое связующее, 10% раствор этилцеллюлозы в смеси терпинеола и бутилкарбитола. Фактический состав пасты приведен в таблице 1. Параметры солнечного элемента, изготовленного с применением пасты приведены в таблице 2 For the preparation of conductive paste used: aluminum powder with a particle size of D50 3.2 μm in the amount of 76.5 mass. %, glass powder of the antimony-boron-silicon system in an amount of 0.4 mass. %, calcium oleate in an amount of 1, 1 mass. %, the rest is an organic binder, a 10% solution of ethyl cellulose in a mixture of terpineol and butylcarbitol. The actual composition of the paste is shown in table 1. The parameters of the solar cell made using the paste are shown in table 2
Пример 4 Example 4
Для приготовления токопроводящей пасты использовали: порошок алюминия с размером частиц D50 3,2 мкм в количестве 75,4 масс. %, порошок стекла системы сурьма-бор-кремний в количестве 0,4 масс. %, олеат кальция в количестве 2,2 масс. %, остальное - органическое связующее, 10% раствор этилцеллюлозы в смеси терпинеола и бутилкарбитола. Фактический состав пасты приведен в таблице 1. Параметры солнечного элемента, изготовленного с применением пасты приведены в таблице 2.  For the preparation of conductive paste used: aluminum powder with a particle size of D50 3.2 μm in an amount of 75.4 mass. %, glass powder of the antimony-boron-silicon system in an amount of 0.4 mass. %, calcium oleate in an amount of 2.2 wt. %, the rest is an organic binder, a 10% solution of ethyl cellulose in a mixture of terpineol and butylcarbitol. The actual composition of the paste is shown in table 1. The parameters of the solar cell made using the paste are shown in table 2.
Пример 5  Example 5
Для приготовления токопроводящей пасты использовали: порошок алюминия с размером частиц D50 3,2 мкм в количестве 40,5 масс. %, порошок стекла системы сурьма-бор-кремний в количестве 0,4 масс. %., порошок сплава алюминий кремний (Al-Si) нелегированный бором в количестве 36,0 масс. % с содержание кремния в сплаве 34,2 масс. %, олеат кальция в количестве 1,1 масс. %, остальное - органическое связующее, 10% раствор этилцеллюлозы в смеси терпинеола и бутилкарбитола. Фактический состав пасты приведен в таблице 1. Параметры солнечного элемента, изготовленного с применением пасты приведены в таблице 2. For the preparation of conductive paste used: aluminum powder with a particle size of D50 3.2 μm in an amount of 40.5 mass. %, glass powder of the antimony-boron-silicon system in an amount of 0.4 mass. %., aluminum-silicon alloy powder (Al-Si) undoped with boron in an amount of 36.0 mass. % with a silicon content in the alloy of 34.2 mass. %, calcium oleate in an amount of 1.1 wt. %, the rest is an organic binder, a 10% solution of ethyl cellulose in a mixture of terpineol and butylcarbitol. The actual composition of the paste is shown in table 1. The parameters of the solar cell made using the paste are shown in table 2.
Пример 6  Example 6
Для приготовления токопроводящей пасты использовали: порошок алюминия с размером частиц D50 3,2 мкм в количестве 40,5 масс. %, порошок стекла системы сурьма-бор-кремний в количестве 0,4 масс. %, порошок сплава алюминий кремний (Al-Si), легированный бором, в количестве 36,0 масс. % с содержание кремния в сплаве 12,3 масс. % и содержанием бора в сплаве 0,11 масс. %, олеат кальция в количестве 1,1 масс. %, остальное - органическое связующее, 10% раствор этилцеллюлозы в смеси терпинеола и бутилкарбитола. Фактический состав пасты приведен в таблице 1. Параметры солнечного элемента, изготовленного с применением пасты приведены в таблице 2.  For the preparation of conductive paste used: aluminum powder with a particle size of D50 3.2 μm in an amount of 40.5 mass. %, glass powder of the antimony-boron-silicon system in an amount of 0.4 mass. %, powder alloy aluminum silicon (Al-Si), doped with boron, in the amount of 36.0 mass. % with a silicon content in the alloy of 12.3 mass. % and boron content in the alloy of 0.11 mass. %, calcium oleate in an amount of 1.1 wt. %, the rest is an organic binder, a 10% solution of ethyl cellulose in a mixture of terpineol and butylcarbitol. The actual composition of the paste is shown in table 1. The parameters of the solar cell made using the paste are shown in table 2.
Пример 7  Example 7
Для приготовления токопроводящей пасты использовали: порошок алюминия с размером частиц D50 3,2 мкм в количестве 46,5 масс. %, порошок стекла системы сурьма-бор-кремний в количестве 0,4 масс. %, порошок сплава алюминий кремний (Al-Si), легированный бором, в количестве 30,0 масс. % с содержание кремния в сплаве 32,7 масс. % и содержанием бора в сплаве 0,09 масс. %, олеат кальция в количестве 1,1 масс. %, остальное - органическое связующее, 10% раствор этилцеллюлозы в смеси терпинеола и бутилкарбитола. Фактический состав паты приведен в таблице 1. Параметры солнечного элемента, изготовленного с применением пасты приведены в таблице 2.  For the preparation of conductive paste used: aluminum powder with a particle size of D50 3.2 μm in an amount of 46.5 mass. %, glass powder of the antimony-boron-silicon system in an amount of 0.4 mass. %, powder alloy aluminum silicon (Al-Si), doped with boron, in an amount of 30.0 wt. % with silicon content in the alloy 32.7 wt. % and boron content in the alloy of 0.09 mass. %, calcium oleate in an amount of 1.1 wt. %, the rest is an organic binder, a 10% solution of ethyl cellulose in a mixture of terpineol and butylcarbitol. The actual composition of the sticks is shown in table 1. The parameters of a solar cell made using paste are shown in table 2.
Пример 8  Example 8
Для приготовления токопроводящей пасты использовали: порошок алюминия с размером частиц D50 3,2 мкм в количестве 40,5 масс. %, порошок стекла системы сурьма-бор-кремний в количестве 0,4 масс. %, порошок сплава алюминий кремний (Al-Si), легированный бором, в количестве 36,0 масс. % с содержание кремния в сплаве 32,7 масс. % и содержанием бора в сплаве 0,09 масс. %, олеат кальция в количестве 1,1 масс. %, остальное - органическое связующее, 10% раствор этилцеллюлозы в смеси терпинеола и бутилкарбитола. Фактический состав пасты приведен в таблице 1. Параметры солнечного элемента, изготовленного с применением пасты приведены в таблице 2.  For the preparation of conductive paste used: aluminum powder with a particle size of D50 3.2 μm in an amount of 40.5 mass. %, glass powder of the antimony-boron-silicon system in an amount of 0.4 mass. %, powder alloy aluminum silicon (Al-Si), doped with boron, in the amount of 36.0 mass. % with silicon content in the alloy 32.7 wt. % and boron content in the alloy of 0.09 mass. %, calcium oleate in an amount of 1.1 wt. %, the rest is an organic binder, a 10% solution of ethyl cellulose in a mixture of terpineol and butylcarbitol. The actual composition of the paste is shown in table 1. The parameters of the solar cell made using the paste are shown in table 2.
Пример 9  Example 9
Для приготовления токопроводящей пасты использовали: порошок алюминия с размером частиц D50 3,2 мкм в количестве 41,6 масс. %, порошок стекла системы сурьма-бор-кремний в количестве 0,4 масс. %, порошок сплава алюминий кремний (Al-Si), легированный бором, в количестве 36,0 масс. % с содержание кремния в сплаве 32,7 масс. % и содержанием бора в сплаве 0,09 масс. %, остальное - органическое связующее, 10% раствор этилцеллюлозы в смеси терпинеола и бутилкарбитола. Фактический состав пасты приведен в таблице 1. Параметры солнечного элемента, изготовленного с применением пасты приведены в таблице 2.  For the preparation of conductive paste used: aluminum powder with a particle size of D50 3.2 μm in an amount of 41.6 mass. %, glass powder of the antimony-boron-silicon system in an amount of 0.4 mass. %, powder alloy aluminum silicon (Al-Si), doped with boron, in the amount of 36.0 mass. % with silicon content in the alloy 32.7 wt. % and boron content in the alloy of 0.09 mass. %, the rest is an organic binder, a 10% solution of ethyl cellulose in a mixture of terpineol and butylcarbitol. The actual composition of the paste is shown in table 1. The parameters of the solar cell made using the paste are shown in table 2.
Пример 10 Для приготовления токопроводящей пасты использовали: порошок алюминия с размером частиц D50 3,2 мкм в количестве 34,5 масс. %, порошок стекла системы сурьма-бор-кремний в количестве 0,4 масс. %, порошок сплава алюминий кремний (Al-Si), легированный бором, в количестве 42,0 масс. % с содержание кремния в сплаве 32,7 масс. % и содержанием бора в сплаве 0,09 масс. %, олеат кальция в количестве 1,1 масс. %, остальное - органическое связующее, 10% раствор этилцеллюлозы в смеси терпинеола и бутилкарбитола. Фактический состав пасты приведен в таблице 1. Параметры солнечного элемента, изготовленного с применением пасты приведены в таблице 2. Example 10 For the preparation of conductive paste used: aluminum powder with a particle size of D50 3.2 μm in an amount of 34.5 mass. %, glass powder of the antimony-boron-silicon system in an amount of 0.4 mass. %, powder alloy aluminum silicon (Al-Si), doped with boron, in the amount of 42.0 mass. % with silicon content in the alloy 32.7 wt. % and boron content in the alloy of 0.09 mass. %, calcium oleate in an amount of 1.1 wt. %, the rest is an organic binder, a 10% solution of ethyl cellulose in a mixture of terpineol and butylcarbitol. The actual composition of the paste is shown in table 1. The parameters of the solar cell made using the paste are shown in table 2.
Пример 11  Example 11
Для приготовления токопроводящей пасты использовали: порошок алюминия с размером частиц D50 3,2 мкм в количестве 40,5 масс. %, порошок стекла системы сурьма-бор-кремний в количестве 0,4 масс. %, порошок сплава алюминий кремний (Al-Si), легированный бором, в количестве 36,0 масс. % с содержание кремния в сплаве 42,4 масс. % и содержанием бора в сплаве 0,12 масс. %, олеат кальция в количестве 1,1 масс. %, остальное - органическое связующее, 10% раствор этилцеллюлозы в смеси терпинеола и бутилкарбитола. Фактический состав пасты приведен в таблице 1. Параметры солнечного элемента, изготовленного с применением пасты приведены в таблице 2.  For the preparation of conductive paste used: aluminum powder with a particle size of D50 3.2 μm in an amount of 40.5 mass. %, glass powder of the antimony-boron-silicon system in an amount of 0.4 mass. %, powder alloy aluminum silicon (Al-Si), doped with boron, in the amount of 36.0 mass. % with a silicon content in the alloy of 42.4 mass. % and boron content in the alloy of 0.12 mass. %, calcium oleate in an amount of 1.1 wt. %, the rest is an organic binder, a 10% solution of ethyl cellulose in a mixture of terpineol and butylcarbitol. The actual composition of the paste is shown in table 1. The parameters of the solar cell made using the paste are shown in table 2.
Пример 12  Example 12
Для приготовления токопроводящей пасты использовали: порошок алюминия с размером частиц D50 3,2 мкм в количестве 40,5 масс. %, порошок стекла системы сурьма-бор-кремний в количестве 0,4 масс. %, порошок сплава алюминий кремний (Al-Si), легированный бором, в количестве 36,0 масс. % с содержание кремния в сплаве 33,5 масс. % и содержанием бора в сплаве 0,32 масс. %, олеат кальция в количестве 1,1 масс. %, остальное - органическое связующее, 10% раствор этилцеллюлозы в смеси терпинеола и бутилкарбитола. Фактический состав пасты приведен в таблице 1. Параметры солнечного элемента, изготовленного с применением пасты приведены в таблице 2. For the preparation of conductive paste used: aluminum powder with a particle size of D50 3.2 μm in an amount of 40.5 mass. %, glass powder of the antimony-boron-silicon system in an amount of 0.4 mass. %, powder alloy aluminum silicon (Al-Si), doped with boron, in the amount of 36.0 mass. % with a silicon content in the alloy of 33.5 mass. % and boron content in the alloy of 0.32 mass. %, calcium oleate in an amount of 1.1 wt. %, the rest is an organic binder, a 10% solution of ethyl cellulose in a mixture of terpineol and butylcarbitol. The actual composition of the paste is shown in table 1. The parameters of the solar cell made using the paste are shown in table 2.
Таблица 1. Составы паст и параметры солнечных элементов, изготовленных с применением этих паст. Все компоненты паст приведены в масс. %. Table 1. The composition of the pastes and the parameters of solar cells made using these pastes. All components of the pastes are given in mass. %
Figure imgf000014_0001
Figure imgf000014_0001
Таблица 2. Параметры солнечных элементов с тыльной диэлектрической пассивацией и точечными локальными контактами. Table 2. Parameters of solar cells with rear dielectric passivation and point local contacts.
Figure imgf000014_0002
Figure imgf000015_0001
Figure imgf000014_0002
Figure imgf000015_0001
Массу отпечатка пасты измеряли на электронных весах Sartorius CPA6202S. Погрешность измерения не более ±0,005 мм. В массовом промышленном производстве солнечных элементов масса отпечатка алюминиевой пасты должна быть в диапазоне 1,0-0, 4 гр. Более предпочтительно 0,8-0, 6 гр. The mass of the fingerprint was measured on a Sartorius CPA6202S electronic balance. The measurement error is not more than ± 0.005 mm. In the mass industrial production of solar cells, the mass of the imprint of aluminum paste should be in the range of 1.0-0, 4 g. More preferably 0.8-0.6 g.
Прогиб солнечных элементов измеряли на лазерной оптической системе «Keyence LK-036». Погрешность измерения не более ±0,025 мм. В массовом промышленном производстве солнечных элементов прогиб должен быть менее 1,5 мм.  The deflection of solar cells was measured on a Keyence LK-036 laser optical system. The measurement error is not more than ± 0.025 mm. In the mass industrial production of solar cells, the deflection should be less than 1.5 mm.
КПД солнечного элемента и другие вольтамперные характеристики (Voc - напряжение холостого хода, Jsc - плотность тока короткого замыкания и FF - филфактор) измеряли на установке H.A.L.M. cetisPV-Celltest3 (Германия). Класс измерения установка «ААА». В массовом промышленном производстве солнечных элементов каждый из этих параметров должен быть максимально возможным.  The efficiency of the solar cell and other current-voltage characteristics (Voc is the open circuit voltage, Jsc is the short circuit current density and FF is the factor) were measured using the H.A.L.M. cetisPV-Celltest3 (Germany). Measurement class installation "AAA". In the mass industrial production of solar cells, each of these parameters should be the maximum possible.
Неоднородность локального BSF слоя и повреждение тыльной диэлектрической пассивации определяли как процент черных участков с повышенной скоростью рекомбинации от общей площади локальных контактов на картах электролюминесценции, полученных на установке H.A.L.M. cetisPV-Celltest3 (Германия). В массовом промышленном производстве солнечных элементов суммарная площадь черных участков с повышенной скоростью рекомбинации на картах электролюминесценции должна быть не более 5%. Более предпочтительно полное отсутствие черных участков.  The heterogeneity of the local BSF layer and damage to the back dielectric passivation was determined as the percentage of black areas with an increased recombination rate of the total area of local contacts on the electroluminescence maps obtained with the H.A.L.M. cetisPV-Celltest3 (Germany). In mass industrial production of solar cells, the total area of black areas with an increased recombination rate on electroluminescence maps should be no more than 5%. More preferably, the complete absence of black patches.
Сопротивление воженного слоя алюминиевой пасты измеряли на установке H.A.L.M. cetisPV-Celltest3 (Германия). В массовом промышленном производстве солнечных элементов сопротивление воженного слоя алюминиевой пасты должно быть минимально возможным.  The resistance of the borne layer of aluminum paste was measured using a H.A.L.M. cetisPV-Celltest3 (Germany). In the mass industrial production of solar cells, the resistance of the driven layer of aluminum paste should be as low as possible.
Наличие алюминиевых шариков оценивали визуально с применением широкопольного микроскопа Wild (Германия). Для количественно оценки использовали пятибалльную шкалу, где «0» - алюминиевые шарики полностью отсутствуют, «5» - максимальное количество шариков. В массовом промышленном производстве солнечных элементов количество шариков не должно превышать уровень «1 ». Более предпочтительно полное отсутствие шариков.  The presence of aluminum balls was evaluated visually using a wide-field microscope Wild (Germany). For a quantitative assessment, a five-point scale was used, where “0” - aluminum balls are completely absent, “5” - the maximum number of balls. In the mass industrial production of solar cells, the number of balls should not exceed the level of "1". More preferably, the complete absence of balls.
Адгезию после ламинации измеряли на цифровом динамометре MEGEON- 03050. Погрешность измерения не более ±0,5 Н/см. Для изготовления образцов ламинированных солнечных элементов использовали ламинатор Panamac DM 12 (Италия) и этиленвинилацетатный ламинат. В массовом промышленном производстве солнечных элементов адгезия после ламинации должна быть более 10 Н/см. Более предпочтительна адгезия, превышающая 20 Н/см. Промышленная применимость Adhesion after lamination was measured on a MEGEON-03050 digital dynamometer. The measurement error is not more than ± 0.5 N / cm. For the manufacture of samples of laminated solar cells, a Panamac DM 12 laminator (Italy) and an ethylene vinyl acetate laminate were used. In the mass industrial production of solar cells, adhesion after lamination should be more than 10 N / cm. Adhesion greater than 20 N / cm is more preferred. Industrial applicability
В алюминиевой пасте для кремниевых солнечных элементов с тыльной диэлектрической пассивацией, согласно изобретению, используется пониженная концентрация стеклопорошка в пасте с одновременным применением металлоорганических соединений щелочноземельных металлов, в том числе в комбинации с порошком сплава (Al-Si), легированного оптимальным количеством бора, что отличает ее от известных паст. Данная композиция токопроводящей пасты обеспечивает повышение КПД солнечного элемента за счет низкого повреждения качества тыльной диэлектрической пассивации в процессе вжигания пасты и формирования однородного локального BSF в локальных контактах. Одновременно, паста, согласно изобретению, позволяет получать комплекс потребительских требований к солнечному элементу, а именно: низкий прогиб менее 1,0 мм, адгезию после ламинации выше 20 Н/см, полное отсутствие алюминиевых шариков на поверхности воженного слоя пасты.  In the aluminum paste for silicon solar cells with rear dielectric passivation, according to the invention, a lower concentration of glass powder in the paste is used with the simultaneous use of organometallic compounds of alkaline earth metals, including in combination with an alloy powder (Al-Si) doped with an optimal amount of boron, which distinguishes her from famous pastes. This composition of conductive paste provides an increase in the efficiency of the solar cell due to low damage to the quality of the back dielectric passivation during the burning of the paste and the formation of a uniform local BSF in local contacts. At the same time, the paste, according to the invention, allows to obtain a set of consumer requirements for the solar cell, namely: low deflection of less than 1.0 mm, adhesion after lamination above 20 N / cm, the complete absence of aluminum balls on the surface of the paste layer of paste.
Алюминиевая паста, изготовленная в соответствии с изобретением, может быть использована в производстве кремниевых солнечных элементов с тыльной диэлектрической пассивацией для формирования тыльного электрода с линейно- штриховыми, линейно-точечными и точечными локальными контактами.  An aluminum paste made in accordance with the invention can be used in the production of silicon solar cells with back dielectric passivation to form a back electrode with linear-dashed, linear-point and point local contacts.

Claims

Формула изобретения Claim
1. Алюминиевая паста для изготовления тыльного контакта кремниевых солнечных элементов с тыльной диэлектрической пассивацией, включающая порошок алюминия, органическое связующее, порошок стекла, отличающаяся тем, что паста дополнительно содержит одно или смесь металлоорганических соединений щелочноземельных металлов, при следующем соотношении компонентов, в масс. %:  1. Aluminum paste for the manufacture of the rear contact of silicon solar cells with rear dielectric passivation, including aluminum powder, an organic binder, glass powder, characterized in that the paste additionally contains one or a mixture of organometallic compounds of alkaline earth metals, in the following ratio, in mass. %:
порошок алюминия 68-82;  aluminum powder 68-82;
порошок стекла не более 1 ,0; металлоорганические соединения щелочноземельных металлов 0,1 -2,0;  glass powder not more than 1, 0; organometallic compounds of alkaline earth metals 0.1 -2.0;
органическое связующее 15-29.  organic binder 15-29.
2. Алюминиевая паста по п.1, отличающаяся тем, что в качестве металлоорганических соединений содержит одно или смесь веществ из ряда олеатов, стеаратов или октоатов магния, кальция, стронция или бария. 2. The aluminum paste according to claim 1, characterized in that as the organometallic compounds it contains one or a mixture of substances from a number of oleates, stearates or octoates of magnesium, calcium, strontium or barium.
3. Алюминиевая паста по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит порошок сплава Al-Si, легированного бором, который частично замещает порошок алюминия, при неизменной суммарной концентрации порошка алюминия и порошка сплава Al-Si, легированного бором, при следующем соотношении компонентов, в масс. %:  3. The aluminum paste according to claim 1, characterized in that it further comprises a powder of boron-doped Al-Si alloy, which partially replaces the aluminum powder, at a constant total concentration of aluminum powder and boron-doped Al-Si powder, in the following ratio of components in mass. %:
смесь порошков алюминия и сплава Al-Si, легированного бором 68-82;  a mixture of aluminum powders and an Al-Si alloy doped with boron 68-82;
порошок стекла не более 1,0; металлоорганические соединения щелочноземельных металлов 0,1 -2,0;  glass powder not more than 1.0; organometallic compounds of alkaline earth metals 0.1 -2.0;
органическое связующее 15-29.  organic binder 15-29.
4. Алюминиевая паста по п.З, отличающаяся тем, что в пасте используется следующее соотношение компонентов, в масс. %: 4. Aluminum paste according to claim 3, characterized in that the paste uses the following ratio of components, in mass. %:
порошок алюминия 35-42;  aluminum powder 35-42;
сплав Al-Si, легированный бором 33-40;  Al-Si alloy doped with boron 33-40;
порошок стекла не более 1,0; металлоорганические соединения щелочноземельных металлов 0, 1 -2,0;  glass powder not more than 1.0; organometallic compounds of alkaline earth metals 0, 1 -2.0;
органическое связующее 15-29.  organic binder 15-29.
5. Алюминиевая паста по п.З, отличающаяся тем, что в порошке сплава Al-Si, легированном бором, концентрация бора находится в диапазоне 0,04-0,2 масс. %, одновременно концентрация кремния лежит в диапазоне 15-40 масс. %. 5. Aluminum paste according to claim 3, characterized in that the boron concentration in the powder of the Al-Si alloy doped with boron is in the range 0.04-0.2 mass. %, at the same time the concentration of silicon lies in the range of 15-40 mass. %
PCT/RU2018/000832 2018-11-08 2018-12-17 Aluminum paste for producing a rear contact of silicon solar cells WO2020096478A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201880098872.2A CN113169236A (en) 2018-11-08 2018-12-17 Aluminum paste for producing silicon solar cell back contacts with back dielectric passivation

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018139305A RU2690091C1 (en) 2018-11-08 2018-11-08 Aluminum paste for making back contact of silicon solar cells with rear dielectric passivation
RU2018139305 2018-11-08

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020096478A1 true WO2020096478A1 (en) 2020-05-14

Family

ID=67037684

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2018/000832 WO2020096478A1 (en) 2018-11-08 2018-12-17 Aluminum paste for producing a rear contact of silicon solar cells

Country Status (3)

Country Link
CN (1) CN113169236A (en)
RU (1) RU2690091C1 (en)
WO (1) WO2020096478A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114388172A (en) * 2021-12-31 2022-04-22 广东南海启明光大科技有限公司 Borosilicate glass slurry, selective emitter, preparation method and application

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US12015091B2 (en) * 2020-09-08 2024-06-18 Toyo Aluminium Kabushiki Kaisha Conductive paste and method for producing TOPCon solar cell
CN114883026B (en) * 2022-01-18 2024-02-02 湖南利德电子浆料股份有限公司 Aluminum paste special for double-sided back passivation crystalline silicon solar cell and preparation method thereof
CN114822908B (en) * 2022-04-19 2024-08-13 广州市儒兴科技股份有限公司 Silver-aluminum paste for P+ surface of high-sheet-resistance TOPcon battery and preparation method thereof

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1775776A1 (en) * 2005-10-11 2007-04-18 E.I.Du pont de nemours and company Aluminum thick film compositions, electrodes, semiconductor devices and methods of making thereof
RU2303831C2 (en) * 2004-06-21 2007-07-27 Открытое Акционерное Общество "Завод электронных материалов и приборов "Аналог" Aluminum active material for silicon solar cells
RU2462788C2 (en) * 2007-11-21 2012-09-27 Тойо Алюминиум Кабусики Кайся Paste-like composition and solar cell
RU2531519C1 (en) * 2013-05-27 2014-10-20 Закрытое акционерное общество "Монокристалл" ЗАО "Монокристалл" Aluminium paste for silicon solar cells
US20150007881A1 (en) * 2012-01-16 2015-01-08 Heraeus Precious Metals North America Conshohocken Llc Aluminum conductor paste for back surface passivated cells with locally opened vias

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007194580A (en) * 2005-12-21 2007-08-02 E I Du Pont De Nemours & Co Paste for solar cell electrode
CN102037573A (en) * 2008-06-11 2011-04-27 E.I.内穆尔杜邦公司 A process of forming a silicon solar cell
EP2323171B1 (en) * 2008-08-07 2019-07-03 Kyoto Elex Co., Ltd. Conductive paste for formation of a solar cell element electrode, solar cell element, and manufacturing method for said solar cell element
US20120152341A1 (en) * 2010-12-16 2012-06-21 E.I. Du Pont De Nemours And Company Low bow aluminum paste with an alkaline earth metal salt additive for solar cells
CN102543253A (en) * 2012-02-17 2012-07-04 杜国平 Aluminum-silicon-boron paste and preparation method for same
CN108074656A (en) * 2017-12-29 2018-05-25 北京市合众创能光电技术有限公司 A kind of silk-screen printing PERC crystal silicon solars main grid positive silver paste and preparation method thereof

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2303831C2 (en) * 2004-06-21 2007-07-27 Открытое Акционерное Общество "Завод электронных материалов и приборов "Аналог" Aluminum active material for silicon solar cells
EP1775776A1 (en) * 2005-10-11 2007-04-18 E.I.Du pont de nemours and company Aluminum thick film compositions, electrodes, semiconductor devices and methods of making thereof
RU2462788C2 (en) * 2007-11-21 2012-09-27 Тойо Алюминиум Кабусики Кайся Paste-like composition and solar cell
US20150007881A1 (en) * 2012-01-16 2015-01-08 Heraeus Precious Metals North America Conshohocken Llc Aluminum conductor paste for back surface passivated cells with locally opened vias
RU2531519C1 (en) * 2013-05-27 2014-10-20 Закрытое акционерное общество "Монокристалл" ЗАО "Монокристалл" Aluminium paste for silicon solar cells

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114388172A (en) * 2021-12-31 2022-04-22 广东南海启明光大科技有限公司 Borosilicate glass slurry, selective emitter, preparation method and application
CN114388172B (en) * 2021-12-31 2024-03-26 广东南海启明光大科技有限公司 Borosilicate glass slurry, selective emitter, preparation method and application

Also Published As

Publication number Publication date
CN113169236A (en) 2021-07-23
RU2690091C1 (en) 2019-05-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9343194B2 (en) Process for the formation of a silver back electrode of a passivated emitter and rear contact silicon solar cell
US8999203B2 (en) Aluminum pastes and use thereof in the production of passivated emitter and rear contact silicon solar cells
CN109014180B (en) Thick film pastes containing lead and tellurium oxides and their use in semiconductor device fabrication
US20110146781A1 (en) Process of forming a grid cathode on the front-side of a silicon wafer
US9054242B2 (en) Process for the production of a MWT silicon solar cell
US20110139238A1 (en) Process for the production of a mwt silicon solar cell
WO2013023169A1 (en) Aluminium paste with no or poor fire -through capability and use thereof for back electrodes of passivated emitter and rear contact silicon solar cells
WO2020096478A1 (en) Aluminum paste for producing a rear contact of silicon solar cells
JP2006332032A (en) Conductive composite and method used in manufacturing semiconductor device
WO2010135496A1 (en) Process of forming a grid electrode on the front-side of a silicon wafer
TW201041151A (en) Glass compositions used in conductors for photovoltaic cells
US20130056060A1 (en) Process for the production of lfc-perc silicon solar cells
EP2433306A1 (en) Process of forming a grid electrode on the front-side of a silicon wafer
TW201041822A (en) Glass compositions used in conductors for photovoltaic cells
US20100294360A1 (en) Process of forming a grid electrode on the front-side of a silicon wafer
US20130061918A1 (en) Process for the formation of a silver back electrode of a passivated emitter and rear contact silicon solar cell
TWI714897B (en) Conductive paste for electrode of solar cell, glass frit included in the same, and solar cell
EP2586037A1 (en) Process for the formation of a silver back anode of a silicon solar cell
TW201701298A (en) Electro-conductive pastes comprising an oxide additive
US20170077324A9 (en) Aluminum pastes and use thereof in the production of passivated emitter and rear contact silicon solar cells
US20130074916A1 (en) Process for the production of a mwt silicon solar cell
WO2012129573A1 (en) Process for the production of a mwt silicon solar cell

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18939659

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18939659

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1