CN101304050B - 太阳能电池的电极形成用浆料 - Google Patents

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Abstract

本发明提供具有下述优点的太阳能电池的电极形成用浆料：其不仅适于高效率、高分辨率，而且还特别适于高温/高速烧制，量产性优异。本发明的太阳能电池的电极形成用浆料含有银粉、玻璃粉及有机载体，其特征在于，所述银粉的振实密度至少为5g/cc以上。

Description

太阳能电池的电极形成用浆料
技术领域
本发明涉及太阳能电池的电极形成用浆料，特别涉及具有下述优点的太阳能电池的电极形成用浆料以及利用了该浆料的太阳能电池电极形成方法：其不仅适于高效率、高分辨率，而且还特别适于高温/高速烧制，量产性优异。
背景技术
最近，太阳能电池由于其无公害、设备的简便性、耐久性得到提高等各种理由而迅速得到普及，为此，对于可以提高太阳能电池的效率、量产性优异的太阳能电池的制造方法进行了各种研究。
以往的硅太阳能电池中的电极是如下形成的：将含有导电性金属粉末、玻璃粉及有机载体的浆料印刷在硅基材上，进行干燥和烧制，由此来形成电极。烧制包括低温烧制(500℃～750℃)和高温烧制(800℃～950℃)，由于降低生产费用和量产性逐渐受到重视，因此以高温进行短时间烧制的高温烧制的重要性进一步增强。
但是，现有的硅太阳能电池的电极形成中所使用的浆料在高温(800℃～950℃)下进行短时间烧制时，具有烧结性下降、烧制收缩率增大、分辨率下降的问题。因此，迫切需要开发出不仅适用于高效率、高分辨率而且还特别适于高温/高速烧制的太阳能电池的电极形成用浆料。
发明内容
为了解决上述现有技术中的问题，本发明的目的在于提供一种太阳能电池的电极形成用浆料，其具有下述优点：不仅适于高效率、高分辨率，而且烧制收缩率小，可期待精密性，并且还特别适于高温/高速烧制，量产性优异。
本发明的目的进一步在于提供太阳能电池的电极形成方法以及利用所述方法制造的太阳能电池电极，所述太阳能电池的电极形成方法的精密性高，具有高效率、高分辨率，特别适于高温/高速烧制，量产性优异。
为了实现上述目的，本发明提供太阳能电池的电极形成用浆料，该浆料含有银(Ag)粉、玻璃粉(glass frit)及有机载体，其特征在于，所述银粉的振实密度(Tap density)至少为5g/cc以上。
优选本发明的太阳能电池的电极形成用浆料中含有60重量％～90重量％的振实密度至少为5g/cc以上的银粉、0.5重量％～10重量％的玻璃粉以及5重量％～35重量％的有机载体。
本发明还提供太阳能电池的电极形成方法，该方法的特征在于，将所述太阳能电池的电极形成用浆料印刷在基材上，并进行干燥及烧制。
优选所述烧制在800℃～950℃进行5秒～1分钟。
本发明还提供利用所述方法制造出的太阳能电池电极。
本发明的太阳能电池的电极形成用浆料及太阳能电池的电极形成方法不仅适于制造高效率、高分辨率的太阳能电池，而且烧制收缩率小，可期待精密性，特别适于高温/高速烧制，量产性优异。
具体实施方式
以下详细说明本发明。
本发明的含有银粉、玻璃粉及有机载体的太阳能电池的电极形成用浆料的特征在于，所述银粉的振实密度至少为5g/cc以上。
本发明的振实密度(填充密度)是如下测得的值：利用粉末试验仪将银粉填充进体积为100cc(cm3)的样品杯中，进行100次振实后除去样品杯，然后将样品准确填充为100cc并测定粉末质量(g)，以粉末质量(g)除以100，所得的值即为所述振实密度。
优选本发明的太阳能电池的电极形成用浆料中所述银粉的振实密度为5g/cc～5.5g/cc。若所述银粉的振实密度不足5g/cc，则在高温(800℃～950℃)下短时间烧制时会出现烧结性降低、烧制收缩率增大、精密性降低的问题。
对于所述振实密度至少为5g/cc以上的银粉，可通过将i)10重量份～25重量份的平均粒度为0.05μm～0.6μm的球状银粉、ii)70重量份～85重量份的平均粒度为1.5μm～2μm的球状银粉、以及iii)1重量份～15重量份的平均粒度为2.5μm～5μm的球状银粉进行混合来制造。优选将i)12重量份～20重量份的平均粒度为0.05μm～0.4μm的球状银粉、ii)75重量份～85重量份的平均粒度为1.7μm～2μm的球状银粉、以及iii)3重量份～10重量份的平均粒度为3μm～4.5μm的球状银粉进行混合。此时具有可大幅提高印刷的精密性及太阳能电池的填充系数(Fill Factor，以下称为“FF”)值、可提高效率的优点。
所述银粉在本发明的太阳能电池的电极形成用浆料中可以含有60重量％～90重量％。优选含有70重量％～85重量％。其含量在上述范围内时，具有高温/高速烧制时的烧结性及分辨率优异的优点。
此外，本发明的太阳能电池的电极形成用浆料中含有玻璃粉。所述玻璃粉可以使用通常在太阳能电池电极浆料中所用的玻璃粉，例如，可以使用软化点为400℃～600℃的硼硅酸(borosilicate)铅玻璃、硅酸铅玻璃、铋系玻璃或锂系玻璃等。可以使用粒径为1μm～10μm的玻璃粉。优选所述玻璃粉在本发明的太阳能电池的电极形成用浆料中含有0.5重量％～10重量％，进一步优选含有1重量％～2重量％。其含量在上述范围内时，在粘结力、烧结性及易于进行太阳能电池的后加工工序方面具有优点。
此外，本发明的太阳能电池的电极形成用浆料含有有机载体。所述有机载体通过与太阳能电池的电极形成用浆料的无机成分进行机械混合而使浆料具有适于印刷的粘稠度(consistency)及流动学特性。所述有机载体可以使用通常在太阳能电池电极浆料中所用的有机载体，例如可以是聚合物与溶剂的混合物。作为所述聚合物，可以使用乙基纤维素、乙基纤维素与酚醛树脂的聚合物、木松香(rosin)或醇的聚甲基丙烯酸酯等。优选乙基纤维素。此外，作为所述溶剂，可以将丁基卡必醇乙酸酯、丁基卡必醇、丙二醇单甲醚、二丙二醇单甲醚、丙二醇单甲醚丙酸酯、乙醚丙酸酯、萜品醇(terpineol)、丙二醇单甲醚乙酸酯、二甲氨基甲醛、丁酮、γ-丁内酯或乳酸乙酯等单独使用或混合2种以上进行使用。优选使用丁基卡必醇乙酸酯。
本发明中，所述载体在本发明的太阳能电池的电极形成用浆料中可以含有5重量％～35重量％，可以使用将聚合物和溶剂以1～10∶10～1的重量比进行混合后所得的载体。
此外，本发明的太阳能电池的电极形成用浆料还可以含有醋酸银(silver acetate)。优选所述醋酸银在本发明的电极形成用浆料中含有0.1重量％～2重量％，更优选的含量为0.5重量％～1重量％。此时对于烧结性及烧制所致的收缩可以实现良好的作用，进一步提高太阳能电池的效率。
此外，本发明的太阳能电池的电极形成用浆料还可以含有磷系掺杂剂。作为具体的一例，可以举出POCl3作为所述磷系掺杂剂，优选所述磷系掺杂剂在本发明的电极形成用浆料中含有0.1重量％～3重量％，进一步优选含有1重量％～2重量％。此时可进一步提高太阳能电池的效率。
此外，本发明的太阳能电池的电极形成用浆料可以根据需要进一步含有通常包含在浆料中的添加剂。作为所述添加剂的示例，可以举出增粘剂、稳定剂、分散剂或表面活性剂等，在本发明的太阳能电池的电极形成用浆料中，所述添加剂可以在0.1重量％～5重量％的范围内进行使用。
本发明的太阳能电池的电极形成用浆料可以通过将上述记载的必要成分与可选成分以规定的比率进行混合并利用搅拌机或三辊等的混炼机对其进行均匀分散来得到。对于本发明的太阳能电池的电极形成用浆料来说，优选在通过博力飞(Brookfield)HBT粘度计并以利用#14转子(spindle)的多用途杯于10rpm及25℃进行测定时其粘度为50PaS～300PaS。
此外，本发明提供太阳能电池的电极形成方法及利用所述方法制造的太阳能电池电极，所述方法的特征在于，将所述太阳能电池的电极形成用浆料印刷在基材上，进行干燥及烧制。本发明的太阳能电池电极形成方法中，除使用所述太阳能电池的电极形成用浆料外，基材、印刷、干燥及烧制当然可使用通常在太阳能电池的制造中所用的方法。例如，所述基材可以为Si基板，所述电极可以为硅太阳能电池的前电极，所述印刷可以为丝网印刷，所述干燥可以在90℃～250℃进行，所述烧制可以在600℃～950℃进行。优选所述烧制为在800℃～950℃(进一步优选在850℃～900℃)进行5秒～1分钟的高温/高速烧制，所述印刷为以20μm～50μm的厚度进行的印刷。作为具体的一例，可以在大韩民国公开特许公报第10-2006-0108550号、第10-2006-0127813号、日本公开特许公报特开2001-202822及特开2003-133567中记载的太阳能电池的结构及其制造中，使用本发明所述的太阳能电池的电极形成用浆料来形成太阳能电池的电极(在所述公知技术中，所述电极主要利用银来制造)。
本发明的太阳能电池电极形成方法具有下述优点：其精密性高，具有高效率、高分辨率，特别适于高温/高速烧制，量产性优异。
下面为了理解本发明而给出优选的实施例，然而下述实施例不过是用于示例本发明，本发明的范围并不限于下述实施例。
[实施例]
实施例1
将12.4重量份平均粒径为0.37μm的球状铝粉、62.1重量份平均粒径为1.86μm的球状铝粉、6.2重量份平均粒径为3.24μm的球状银粉混合，得到振实密度为5.26g/cc的银粉，将80.7重量份所得到的振实密度为5.26g/cc的银粉、1.1重量份粒径为3.36μm且软化点为466℃的低融点玻璃粉、14.1重量份乙基纤维素与2.6重量份丁基卡必醇乙酸酯、1.0重量份粘度调节剂、0.5重量份表面活性剂利用三辊混炼机进行混合分散，制造太阳能电池的电极形成用浆料。
实施例2
在上述实施例1中，使用将9.3重量份平均粒径为0.37μm的球状铝粉、64.9重量份平均粒径为1.86μm的球状铝粉、6.5重量份平均粒径为3.24μm的球状银粉进行混合而得到的振实密度为5.17g/cc的银粉，除此以外，采用与所述实施例1同样的方法制造太阳能电池的电极形成用浆料。
实施例3
在所述实施例1中，进一步混合1.0重量份醋酸银，除此以外，采用与所述实施例1同样的方法制造太阳能电池的电极形成用浆料。
实施例4
在所述实施例1中，进一步混合0.5重量份醋酸银，除此以外，采用与所述实施例1同样的方法制造太阳能电池的电极形成用浆料。
实施例5
在所述实施例2中，进一步混合1.0重量份醋酸银，除此以外，采用与所述实施例2同样的方法制造太阳能电池的电极形成用浆料。
实施例6
在所述实施例1中，进一步混合1.0重量份POCl3，除此以外，采用与所述实施例1同样的方法制造太阳能电池的电极形成用浆料。
比较例1
在所述实施例1中，使用80.7重量份将40.35重量份平均粒径为0.37μm的球状铝粉、40.35重量份平均粒径为1.86μm的球状铝粉进行混合而得到的振实密度为4.54g/cc的银粉，除此以外，采用与所述实施例1同样的方法制造太阳能电池的电极形成用浆料。
比较例2
在所述实施例1中，使用80.7重量份将26.9重量份平均粒径为0.37μm的球状铝粉、53.8重量份平均粒径为1.86μm的球状铝粉进行混合而得到的振实密度为4.83g/cc的银粉，除此以外，采用与所述实施例1同样的方法制造太阳能电池的电极形成用浆料。
比较例3
在上述实施例3中，进一步混合3.5重量份醋酸银，除此以外，采用与所述实施例3同样的方法制造太阳能电池的电极形成用浆料。
将上述实施例1～6及比较例1～3中制造的太阳能电池的电极形成用浆料利用丝网印刷方法全面印刷在晶片(Wafer)的前面，使用热风式干燥炉进行干燥。然后，将铝浆料图样印刷在晶片的后面，接着用同样的方法进行干燥。将通过上述工序形成的电池(Cell)利用带式烧制炉在500℃～900℃之间进行20秒～30秒的烧制，使用太阳能电池效率测定装置(EndeasI社，Quicksun120A)对如此制造完成的电池的Isc(短路电流，A)、Voc(开路电压，mV)、填充系数(曲线因子)及太阳能电池的效率进行测定，结果示于下述表1。
[表1]
  Isc(A)   Voc(mV)   填充系数   效率(％)
 实施例1   5.08   612.2   0.77   16.08
 实施例2   5.07   610.0   0.70   15.67
 实施例3   5.08   613.3   0.78   16.24
 实施例4   5.08   610.5   0.77   16.17
 实施例5   5.07   612.1   0.71   15.93
 实施例6   5.08   613.9   0.78   16.27
 比较例1   4.98   601.3   0.42   8.73
 比较例2   4.93   601.6   0.51   10.43
 比较例3   14.52
如上述表1所示，与使用以往的太阳能电池中通常使用的振实密度不足5g/cc的银粉的比较例1及比较例2的情况相比，在本发明的实施例1～6中，Isc(A)、Voc(mV)、填充系数及太阳能电池的效率全部表现出显著优异的结果，特别是在进一步添加了醋酸银或添加了磷系掺杂剂(POCl3)的情况下(实施例3～6)可以进一步确认其效果。另外，在醋酸银含量过多的情况下(比较例3)，可以确认到太阳能电池的效率反而会降低。

Claims (8)

1.一种太阳能电池的电极形成用浆料，其含有60重量％～90重量％的银粉、0.5重量％～10重量％的玻璃粉以及5重量％～35重量％的有机载体，所述银粉的振实密度至少为5g/cc以上，
该太阳能电池的电极形成用浆料的特征在于，所述银粉是将下述物质混合而成的：
i)10重量份～25重量份的平均粒度为0.05μm～0.6μm的球状银粉、
ii)70重量份～85重量份的平均粒度为1.5μm～2μm的球状银粉、以及
iii)1重量份～15重量份的平均粒度为2.5μm～5μm的球状银粉。
2.如权利要求1所述的太阳能电池的电极形成用浆料，其特征在于，所述银粉的振实密度为5g/cc～5.5g/cc。
3.如权利要求1所述的太阳能电池的电极形成用浆料，其特征在于，所述浆料还含有醋酸银。
4.如权利要求1所述的太阳能电池的电极形成用浆料，其特征在于，所述浆料还含有磷系掺杂剂。
5.如权利要求1所述的太阳能电池的电极形成用浆料，其特征在于，所述浆料还含有增粘剂、稳定剂或分散剂。
6.一种太阳能电池的电极形成方法，其特征在于，在该方法中，将权利要求1～5任意一项所述的浆料印刷在基材上，并进行干燥及烧制。
7.如权利要求6所述的太阳能电池的电极形成方法，其特征在于，所述烧制在800℃～950℃进行5秒～1分钟。
8.一种太阳能电池电极，其是采用权利要求6所述的形成方法在太阳能电池用基材上形成的。
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