Célula solar que comprende un contacto preparado a partir de una mezcla en la que,

antes del cocido, la mezcla comprende: a. una parte de materiales sólidos y b. una parte de materiales orgánicos, c. en la que la parte de materiales sólidos comprende i. desde aproximadamente el 85 hasta aproximadamente el 99% en peso de un componente de metal conductor que comprende plata, y ii. desde aproximadamente el 1 hasta aproximadamente el 15% en peso de un componente de vidrio libre de cadmio y libre de plomo, en la que el componente de vidrio comprende una composición de vidrio que comprende desde el 50 hasta el 80% en moles de Bi2O3, desde el 15 hasta el 35% en moles de SiO2, desde el 1 hasta el 15% en moles de ZnO y desde el 1 hasta el 15% en moles de V2O5

CAMPO DE LA INVENCIÓN

Esta invención se refiere a composiciones de pasta libres de cadmio y libres de plomo y a un método de preparación de contactos para células solares así como otros componentes relacionados usados en la fabricación de células fotovoltaicas.

ANTECEDENTES

Las células solares están compuestas generalmente por materiales semiconductores, tales como silicio (Si), que convierten la luz solar en energía eléctrica útil. En general, las células solares están compuestas por delgadas obleas de Si en las que la unión PN requerida se forma difundiendo fósforo

(P) desde una fuente de fósforo adecuada hacia una oblea de Si del tipo P. El lado de la oblea de silicio sobre el que la luz solar es incidente generalmente se recubre con un recubrimiento antirreflectante (ARC) para impedir una pérdida por reflexión de la luz solar, lo que aumenta la eficacia de las células solares. Un patrón de rejilla de electrodos bidimensional conocido como contacto frontal establece una conexión con el lado N del silicio, y un recubrimiento de aluminio (Al) establece conexión con el lado P del silicio (contacto posterior). Además, contactos conocidos como contactos traseros de plata, compuestos por pasta de plata o plata-aluminio se imprimen y cuecen en el lado N de silicio para permitir la soldadura de pestañas que conectan eléctricamente una célula a la siguiente en un módulo de células solares. Estos contactos son las salidas eléctricas desde la unión PN hacia la carga exterior.

Las pastas convencionales para contactos para células solares contienen fritas de plomo. La inclusión de PbO en un componente de vidrio de una pasta para células solares tiene los efectos deseables de (a) disminuir la temperatura de cocido de las composiciones de pasta, (b) facilitar la interacción con el sustrato de silicio y, tras el cocido, ayudar a formar contactos de baja resistencia con silicio. Por estos y otros motivos, el PbO es un componente significativo en muchas composiciones de pasta para células solares convencionales. El documento EP 1 713 092 A dio a conocer una mezcla libre de plomo para contactos para células solares y también lo hizo el documento EP 0 545 166 A. Sin embargo, a la luz de las preocupaciones medioambientales, el uso de PbO (así como CdO), en composiciones de pasta ahora se evita en gran parte siempre que sea posible. Por tanto existe una necesidad en la industria fotovoltaica de composiciones de pasta libres de cadmio y libres de plomo, que proporcionen propiedades deseables usando vidrios libres de cadmio y libres de plomo en pastas para contactos para células solares.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

La presente invención proporciona composiciones de vidrio libres de cadmio y libres de plomo para su uso en materiales para pastas para contactos para células solares que proporcionen baja resistencia en serie (Rs) y alta resistencia en derivación (Rsh) para dar células solares de alto

rendimiento, según se mide mediante la eficacia (η) y el factor de llenado (FF). De manera general, la presente invención incluye una célula solar que comprende un contacto, preparado a partir de una mezcla en la que, antes del cocido, la mezcla comprende una parte de materiales sólidos y una parte de materiales orgánicos. La parte de materiales sólidos comprende desde aproximadamente el 85 hasta aproximadamente el 99% en peso de un componente de metal conductor y desde aproximadamente el 1 hasta aproximadamente el 15% en peso de un componente de vidrio libre de plomo. La invención se detalla en la reivindicación 1. Las reivindicaciones 2-12 indican realizaciones ventajosas adicionales.

Las composiciones y los métodos de la presente invención superan los inconvenientes de la técnica anterior optimizando la interacción, unión y formación de contactos entre los componentes de contactos, normalmente silicio con o bien Ag (contacto frontal) o bien Al (contacto posterior) o bien Ag (contacto trasero de plata), a través del medio de vidrio libre de plomo. Una pasta conductora que contiene vidrio y plata, o vidrio y aluminio, se imprime sobre un sustrato de silicio, y se cuece para fundir el vidrio y sinterizar el metal en el mismo. Para un contacto trasero de plata, el componente de metal puede comprender plata, o una combinación de polvos y/o copos de plata y aluminio. Tras el cocido, para un contacto frontal, se forman islas conductoras de Ag/Si proporcionando puentes conductores entre la pasta en masa y la oblea de silicio. En un contacto frontal, la secuencia y las velocidades de las reacciones entre vidrios, metales y silicio, que se producen en función de la temperatura son factores en la formación del contacto de baja resistencia entre la pasta de plata y la oblea de silicio. La estructura de fase de contacto consiste en múltiples fases: silicio del sustrato, islas de Ag/Si, precipitados de Ag dentro de la capa de vidrio aislante, y plata en masa. El vidrio forma una capa casi continua entre la superficie de contacto de silicio y la plata en masa. Para un contacto posterior, tras el cocido, se forma una capa p+ en el silicio subyacente mediante epitaxia en fase líquida. Esto se produce durante la resolidificación de la masa fundida de aluminio-silicio (Al-Si). Los vidrios libres de cadmio y libres de plomo con alto contenido en bismuto permiten bajas temperaturas de cocido en la preparación de contactos frontales debido a sus excelentes características de flujo relativamente a bajas temperaturas. Los vidrios libres de cadmio y libres de plomo con bajo contenido en bismuto, relativamente alto contenido en silicio, proporcionan propiedades adecuadas para contactos posteriores, sin una interacción excesiva con Si en el lado posterior. De manera similar, los vidrios libres de cadmio y libres de plomo con alto contenido en bismuto permiten la formación de contactos traseros de plata libres de plomo adecuados en Si de lado posterior con una interacción óptima con tanto Si como con una capa de Al de contacto posterior.

Las anteriores y otras características de la invención se describen más completamente a continuación en el presente documento y se indican particularmente en las reivindicaciones, exponiendo la siguiente descripción en detalle ciertas realizaciones ilustrativas de la invención, siendo éstas indicativas, sin embargo, de tan sólo algunas de las diversas maneras en las que pueden emplearse los principios de la presente invención.DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

Ampliamente, la invención proporciona un contacto para célula solar preparado a partir de una mezcla en la que, antes del cocido, la mezcla comprende una parte de materiales sólidos y una parte de materiales orgánicos, en la que la parte de materiales sólidos comprende desde aproximadamente el 85 hasta aproximadamente el 99% en peso, preferiblemente de aproximadamente el 88 a aproximadamente el 96% en peso de un componente de metal conductor, y desde aproximadamente el 1 hasta aproximadamente el 15% en peso, preferiblemente de aproximadamente el 2 a aproximadamente el 9% en peso y más preferiblemente de aproximadamente el 3 a aproximadamente el 8% en peso de un componente de vidrio, en la que el componente de vidrio está libre de plomo y libre de cadmio. También se prevé un panel solar que comprende cualquier célula solar en el presente documento. Cuando el contacto para célula solar es un contacto frontal en un ejemplo que no es parte de esta invención, el componente de metal comprende preferiblemente plata, y el componente de vidrio comprende desde aproximadamente el 5 a aproximadamente el 85% en moles de Bi2O3, y desde aproximadamente el 1 hasta aproximadamente el 70% en moles de SiO2. Las composiciones usadas en la preparación de contactos frontales también son útiles en la preparación de una barra conductora (contacto trasero de plata) para un contacto posterior para célula solar. Un contacto trasero de plata (o plata-aluminio) en la parte posterior hace contacto tanto con el Si como con la capa de contacto posterior de Al, aún cuando el Al del contacto posterior también entra en contacto directamente con el Si. El contacto trasero de plata en el contacto posterior ayuda a soldar pestañas de conexión a las células solares que conectan una célula a la siguiente en un módulo de células solares. En un contacto posterior, el componente de metal comprende preferiblemente aluminio, y el componente de vidrio comprende desde aproximadamente el 5 hasta aproximadamente el 55% en moles de Bi2O3, desde aproximadamente el 20 hasta aproximadamente el 70% en moles de SiO2, y desde aproximadamente el 0,1 hasta aproximadamente el 35% en moles de B2O3.

Ampliamente,...

1. Célula solar que comprende un contacto preparado a partir de una mezcla en la que, antes del cocido, la mezcla comprende:

a. una parte de materiales sólidos y

b. una parte de materiales orgánicos,

c. en la que la parte de materiales sólidos comprende

i. desde aproximadamente el 85 hasta aproximadamente el 99% en peso de un componente de metal conductor que comprende plata, y

ii. desde aproximadamente el 1 hasta aproximadamente el 15% en peso de un componente de vidrio libre de cadmio y libre de plomo, en la que el componente de vidrio comprende una composición de vidrio que comprende desde el 50 hasta el 80% en moles de Bi2O3, desde el 15 hasta el 35% en moles de SiO2, desde el 1 hasta el 15% en moles de ZnO y desde el 1 hasta el 15% en moles de V2O5.

2. Contacto para célula solar según la reivindicación 1, en el que el componente de vidrio comprende además de aproximadamente el 1 a aproximadamente el 20% en moles de un óxido trivalente de un elemento seleccionado del grupo que consiste en Al, B, La, Y, Ga, In, Ce y Cr.

3. Contacto para célula solar según la reivindicación 1, en el que el componente de vidrio comprende además de aproximadamente el 0,1 a aproximadamente el 15% en moles de un óxido tetravalente de un elemento seleccionado del grupo que consiste en Tl, Zr y Hf.

4. Contacto para célula solar según la reivindicación 1, en el que el componente de vidrio comprende además de aproximadamente el 0,1 a aproximadamente el 20% en moles de un óxido pentavalente de un elemento seleccionado del grupo que consiste en P, Ta, Nb y Sb.

5. Contacto para célula solar según la reivindicación 1, en el que el componente de vidrio comprende además de

aproximadamente el 0,1 a aproximadamente el 25% en moles de un óxido alcalino.

6. Contacto para célula solar según la reivindicación 1, en el que el componente de vidrio comprende además de aproximadamente el 0,1 a aproximadamente el 20% en moles de un óxido alcalinotérreo.

7. Contacto para célula solar según la reivindicación 1, en el que el componente de vidrio comprende además de aproximadamente el 0,1 a aproximadamente el 12% en moles de Ag2O.

8. Contacto para célula solar según la reivindicación 1, en el que la parte de materiales sólidos comprende además un aditivo cristalino seleccionado del grupo que consiste en Bi2O3, Sb2O3, In2O3, Ga2O3, SnO, ZnO, SiO2, ZrO2, Al2O3, B2O3, V2O5, Ta2O5, 12Bi2O3⋅SiO2, 2Bi2O3⋅SiO2, 3Bi2O3⋅5SiO2, Bi2O3⋅4SiO2, bBi2O3⋅SiO2, Bi2O3⋅SiO2, 2Bi2O3⋅3SiO2, Bi2O3⋅2TiO2, 2Bi2O3⋅3TiO2, 2Bi2O3⋅4TiO2, y 6Bi2O3⋅TiO2, 6Bi2O3⋅V2O6, BIVO4, 2Bi2O3⋅3V2O5, BiV3O9, 6,5Bi2O3⋅2,5V2O5⋅TiO2, 2ZnO⋅3TiO2, ZnO⋅SiO2, ZrO2⋅SiO2, MgO⋅V2O5, SrO⋅V2O5, CaO⋅V2O5, BaO⋅V2O5, ZnO⋅V2O5, Na2O⋅17V2O5, K2O⋅4V2O6, 2Li2O⋅5V2O5 y

productos de reacción de los mismos y combinaciones de los mismos.

9. Contacto para célula solar según la reivindicación 1, en el que la parte de materiales sólidos comprende además de aproximadamente el 0,5 a aproximadamente el 25% en peso de un metal seleccionado del grupo que consiste en Pb, Bl, Zn, In, Ga, Sb y aleaciones de los mismos.

10. Contacto para célula solar según la reivindicación 1, en el que el componente de metal conductor de plata comprende plata en una forma seleccionada del grupo que consiste en copos, polvo o partículas coloidales de plata, en el que la parte de materiales sólidos comprende además fósforo, al menos una parte del cual

está presente como recubrimiento en al menos parte de los copos, polvo o partículas coloidales de plata.

11. Célula solar según la reivindicación 1, que comprende además un contacto trasero de plata preparado a partir

5 de una mezcla en la que, antes del cocido, la mezcla comprende:

a. una parte de materiales sólidos y

b. una parte de materiales orgánicos,

c. en la que la parte de materiales sólidos comprende

10 i. desde aproximadamente el 85 hasta aproximadamente el 99% en peso de un componente de metal conductor, y

ii. desde aproximadamente el 1 hasta aproximadamente

el 15% en peso de un componente de vidrio, en la 15 que el componente de vidrio está libre de plomo.

12. Panel solar que comprende la célula solar según la reivindicación 1.