CN102568647B - 用于太阳能电池的后电极的糊剂组合物和包含该组合物的太阳能电池 - Google Patents

用于太阳能电池的后电极的糊剂组合物和包含该组合物的太阳能电池 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于太阳能电池的后电极的糊剂组合物，包含导电粉末和有机载体，所述导电粉末包含具有第一平均粒径的第一粉末、具有比所述第一平均粒径大的第二平均粒径的第二粉末和具有比所述第二平均粒径大的第三平均粒径的第三粉末。

Description

用于太阳能电池的后电极的糊剂组合物和包含该组合物的太阳能电池
相关申请的交叉参考
本申请要求2010年12月24日提交的韩国专利申请No.10-2010-0134531的优先权，通过引用的方式将该申请全文并入到本申请中。
技术领域
本公开涉及一种用于太阳能电池的后电极的糊剂组合物和包括通过使用该组合物制备的后电极的太阳能电池。
背景技术
近年来，由于化石能源枯竭，开发下一代清洁能源的重要性已经增加。在所述清洁能源中，由于污染少、资源不受限制以及半永久性寿命，太阳能电池被期望是可以解决将来的能量问题的能源。
这种太阳能电池可以包括在硅衬底上形成的前电极和后电极。印刷包含导电粉末的糊剂组合物，然后可以通过烧结来形成这些电极。然而，当所述糊剂组合物的组成未被优化时，在形成所述电极期间，在所述电极上可以形成突起，因此，因为所述硅衬底的接触特性降低，所以所述太阳能电池的效率可能降低。
发明内容
本发明的实施方式提供了一种能够提高效率的用于太阳能电池的后电极的糊剂组合物，以及包括通过使用所述糊剂组合物形成的后电极的太阳能电池。
在一个实施方式中，用于太阳能电池的后电极的糊剂组合物包含：导电粉末和有机载体，所述导电粉末包含具有第一平均粒径的第一粉末、具有比所述第一平均粒径大的第二平均粒径的第二粉末和具有比所述第二平均粒径大的第三平均粒径的第三粉末。
所述第一平均粒径可以在大约1.5μm到大约2.5μm的范围内，所述第二平均粒径可以在大约4.5μm到大约5.5μm的范围内，以及所述第三平均粒径可以在大约9.5μm到大约10.5μm的范围内。
基于100重量份的所述糊剂组合物，可以包含大约20.1到21.1重量份的所述第一粉末、大约29.7到37重量份的所述第二粉末和大约12.8到20.1重量份的所述第三粉末。此外，基于100重量份的所述糊剂组合物，可以包含大约12.8到13.8重量份的所述第一粉末、大约37到43.3重量份的所述第二粉末和大约12.8到20.1重量份的所述第三粉末。
所述导电粉末可以包括铝。
所述第一粉末、所述第二粉末和所述第三粉末可以分别是球形粉末或非球形粉末。
所述第一粉末可以是球形粉末，所述第二粉末可以是非球形粉末，以及所述第三粉末可以是球形粉末。
基于100重量份的所述糊剂组合物，所述有机载体的含量可以在大约20到30重量份的范围内。
所述糊剂组合物还可以包含玻璃粉，其中，基于100重量份的所述糊剂组合物，所述玻璃粉的含量可以在大约3到5重量份的范围内。
在另一实施方式中，一种太阳能电池，包括通过使用前述用于太阳能电池的后电极的糊剂组合物形成的后电极。
在下面的附图和描述中对一个或多个实施方式的细节进行阐述。根据该描述和附图以及权利要求书，其它特征将是显而易见的。
附图简述
图1是例示根据一个实施方式的太阳能电池的剖视图。
具体实施方式
在实施方式的描述中，要理解的是，当一层(或膜)、区域、图案或结构被称为是在另一层(或膜)、区域、焊盘或图案的“上面”或“下面”时，术语“上面”和“下面”包括“直接”和“间接”这两种含义。
由于为了方便描述和清楚，可以修改附图中每个层(或膜)、区域、图案或结构的厚度或尺寸，所以每个元件的尺寸不完全反映实际尺寸。
下文，将详细描述根据本发明的被使用来形成太阳能电池的用于后电极的糊剂组合物(下文，称为“糊剂组合物”)和该太阳能电池的后电极。
将参考图1描述本发明的糊剂组合物适用的太阳能电池的实例。图1是例示根据一个实施方式的太阳能电池的剖视图。
参考图1，太阳能电池包括：在其前表面包括N-型半导体部件11的P-型硅衬底10，与N-型半导体部件11电连接的前电极12，以及与P-型硅衬底10电连接的后电极13。抗反射层14可以形成在N-型半导体部件11中的除了前电极12之外的上表面上。背面场(BSF)15可以形成在其上形成有后电极13的硅衬底10上。
本发明的糊剂组合物可以用于形成上述太阳能电池的后电极13。也就是，可以利用本发明的糊剂组合物涂覆硅衬底10，然后通过干燥和烧结来形成后电极13。例如，所述糊剂组合物可以在80℃～200℃的温度范围下持续干燥1分钟到30分钟，并且在700℃～900℃的温度下利用快速热处理来进行烧结。
所述糊剂组合物可以包含导电粉末、有机载体、玻璃粉和添加剂。
在该实施方式中，所述导电粉末包括球形粉末和非球形粉末。具有板形、棒形或片形的粉末可以用作所述非球形粉末。
构成后电极13的主要组分的铝粉可以用作所述导电粉末。
在该实施方式中，所述导电粉末包含具有第一平均粒径的第一粉末、具有比所述第一平均粒径大的第二平均粒径的第二粉末和具有比所述第二平均粒径大的第三平均粒径的第三粉末。也就是，由于所述导电粉末包含所具有的平均粒径彼此不同的第一到第三粉末，所以可以增加所述导电粉末的填充比(packingratio)，并且可以改进由此制备的后电极13的电气特性。
例如，所述第一平均粒径可以在1.5μm到2.5μm的范围内，所述第二平均粒径可以在4.5μm到5.5μm的范围内，以及所述第三平均粒径可以在9.5μm到10.5μm的范围内。这是为了在具有彼此不同的平均粒径的同时，使所述填充比的改进效果最大化。其中，关于所述球形粉末的平均粒径可以基于它的粒径获得，以及关于所述非球形粉末的平均粒径可以基于长边的长度获得。
也就是，所述导电粉末的平均粒径的最小值为1.5μm，以及最大值为10.5μm。其理由如下。当所述平均粒径小于1.5μm时，因为所述导电粉末之间的空间(在该空间中可以引入有机载体等)较小，所以可能不便于分散。当所述平均粒径大于10.5μm时，因为在导电粉末之间存在许多空隙，所以密度可能减小，并且阻抗可能增加。然而，本发明不限于此，并且可以使用三种具有彼此不同的平均粒径的粉末。
其中，通过将所述第一粉末用作球形粉末，将所述第二粉末用作非球形粉末以及将所述第三粉末用作球形粉末，可以进一步提高所述填充比。然而，这可以根据所述第一到第三粉末的平均粒径而改变，并且该实施方式不限于此。
基于100重量份的所述糊剂组合物，前述导电粉末的含量可以在62.6到78.2重量份的范围内。当所述导电粉末的含量大于78.2重量份时，所述组合物可能不能形成为糊剂。当所述导电粉末的含量小于62.6重量份时，因为所述导电粉末量减少，所以所制备的后电极13的电导率低。
此时，基于100重量份的所述糊剂组合物，可以包含20.1到21.1重量份的所述第一粉末、29.7到37重量份的所述第二粉末和12.8到20.1重量份的所述第三粉末。此外，基于100重量份的所述糊剂组合物，可以包含12.8到13.8重量份的所述第一粉末、37到43.3重量份的所述第二粉末和12.8到20.1重量份的所述第三粉末。前述范围受限于当通过使用所述糊剂组合物形成后电极13时不形成突起的范围。
所述有机载体可以通过在溶剂中溶解粘合剂来形成，并且还可以包含消泡剂、分散剂等。比如萜品醇(terpineol)或卡必醇(carbitol)的有机溶剂可以用作所述溶剂。丙烯酸类树脂、纤维素类树脂或醇酸树脂可以用作所述粘合剂。但是，本发明不限于此，并且可以使用多种有机载体。
此时，基于100重量份的所述糊剂组合物，所述有机载体的含量可以在20到30重量份的范围内。当所述有机载体的含量大于30重量份时，因为所述导电粉末的量减少，所以所制备的后电极13的电导率可能降低，并且因为粘性小，所以可印刷性可能劣化。当所述有机载体的含量小于20重量份时，因为粘性增加，对硅衬底10的粘合特性下降并且可印刷性可能劣化。
PbO-SiO2体系、PbO-SiO2-B2O3体系、ZnO-SiO2体系、ZnO-B2O3-SiO2体系或Bi2O3-B2O3-ZnO-SiO2体系可以用作所述玻璃粉。
此时，基于100重量份的所述糊剂组合物，所述玻璃粉的含量可以在3到5重量份的范围内。在3到5重量份的范围内的玻璃粉可以提高太阳能电池的粘合性、烧结性能以及后处理特性。
还可以包含分散剂、触变剂、均化剂和消泡剂，作为所述添加剂。比如脲类、酰胺类或氨基甲酸酯类物质的聚合物/有机物或者比如二氧化硅的无机物可以用作触变剂。
基于100重量份的所述糊剂组合物，所述添加剂的含量可以在0.1到10重量份的范围内。在上述范围内，因为加入了足够量的所述导电粉末，所以电导率可以维持在高水平，并且可以获得由所述添加剂带来的效果。
可以通过下述方法制备前述糊剂组合物。
将粘合剂溶于溶剂中，随后进行预混合来形成有机载体。通过将导电粉末和添加剂加入到所述有机载体中，进行1小时到12小时的熟化(aging)。此时，可以一起加入玻璃粉。利用3辊研磨机，对上述经过熟化后的混合物进行机械混合和分散。对该混合物进行过滤和脱气，从而制备出糊剂组合物。然而，前述方法仅仅作为一个实例提供，并且本发明不限于此。
关于包括通过使用根据本发明的糊剂组合物形成的后电极13的太阳能电池，因为开路电压增加，所以可以提高它的效率。当在所述后电极上形成突起时，所述突起可以被认为是外表缺陷。然而，在该实施方式中，通过消除所述后电极上的突起，可以减少故障率。
下文，将根据具体的实例更为详细地描述本发明。然而，下述实例仅仅被呈现来例示本发明，并且本发明不限于此。
实例1
通过将粘合剂溶于溶剂中来制备有机载体。二甘醇单丁基醚乙酸酯和α-萜品醇的混合溶剂用作所述溶剂，以及乙基纤维素用作所述粘合剂。
将导电粉末、玻璃粉和添加剂加入到上述有机载体中，并且随后进行混合。将该混合物熟化12小时，然后使用3辊研磨机来进行二次混合和分散。对该混合物进行过滤和脱气，从而制备出糊剂组合物。
铝粉用作所述导电粉末，并且混合了平均粒径分别为2μm、5μm和10μm的第一粉末、第二粉末和第三粉末。
基于100重量份的所述糊剂组合物，包含20.1重量份的第一粉末、37.0重量份的第二粉末、12.8重量份的第三粉末、21.9重量份的有机载体、3.4重量份的玻璃粉和4.8重量份的添加剂。
通过使用丝网印刷法，利用上述糊剂组合物涂覆200μm厚的硅衬底，然后在200℃的温度下干燥2分钟。通过在900℃的温度下进行快速热处理30秒，而制备出后电极。
实例2
除了基于100重量份的所述糊剂组合物，包含20.1重量份的第一粉末、29.7重量份的第二粉末和20.1重量份的第三粉末之外，按照与实例1相同的方式制备后电极。
实例3
除了基于100重量份的所述糊剂组合物，包含12.8重量份的第一粉末、37.0重量份的第二粉末和20.1重量份的第三粉末之外，按照与实例1相同的方式制备后电极。
实例4
除了基于100重量份的所述糊剂组合物，包含13.8重量份的第一粉末、43.3重量份的第二粉末和12.8重量份的第三粉末之外，按照与实例1相同的方式制备后电极。
实例5
除了基于100重量份的所述糊剂组合物，包含12.8重量份的第一粉末、43.3重量份的第二粉末和13.8重量份的第三粉末之外，按照与实例1相同的方式制备后电极。
比较例
除了基于100重量份的所述糊剂组合物，包含15.9重量份的第一粉末、38.1重量份的第二粉末和15.9重量份的第三粉末之外，按照与实例1相同的方式制备后电极。
测量包括根据实例1到5以及比较例的后电极的太阳能电池的短路电流(Isc)、开路电压(Voc)、填充因子(FF)、效率(EFF)以及后电极上形成的突起的存在性，并且在表1中示出该测量的结果。
[表1]
可以理解的是，在实例1到5中的太阳能电池的后电极上不形成突出，而在比较例中的太阳能电池的后电极上形成突起。
也就是，在实例1到5中，可以理解的是，通过优化所述糊剂组合物中的具有彼此不同的平均粒径的导电粉末之比，可以消除所述后电极上的突起。
参见表1，可以理解的是，与比较例的开路电压值和效率相比，实例1到5显示出优异的开路电压值和效率。因此，可以理解的是，包括通过使用根据本发明的糊剂组合物制备的后电极的太阳能电池可以具有优异的开路电压和效率特性。
根据一个实施方式，通过以合适的组分比包含所具有的平均粒径彼此不同的第一到第三粉末，可以消除后电极上的突起。包括由此制备的后电极的太阳能电池的开路电压特性和效率可以提高。当在所述后电极上形成突起时，所述突起可以被认为是外表的缺陷。然而，在该实施方式中，通过消除所述后电极上的突起，可以减少故障率。
前述实施方式中描述的特征、结构或效果包括在本发明的至少一个实施方式中，并且不必限于本发明的仅仅一个实施方式。此外，本领域的技术人员可以组合或修改每个实施方式中例示的特征、结构或效果，或者每个实施方式中例示的特征、结构或效果可以在本发明的其它实施方式中实现。因此，与这些组合和修改相关的描述将被解释为包括在本发明的范围内。
此外，尽管已经参考本发明的优选实施方式具体地示出和描述了本发明，但是本领域技术人员将理解的是，可以在优选实施方式中进行各种形式和细节的修改，而不会背离权利要求所限定的本发明的精神和范围。所述优选实施方式应该被认为是描述性的，而不是限制性的。因此，本发明的范围不由本发明的详细描述限定，而是由所附权利要求限定，并且所述范围内的所有差别将被解释为包括在本发明中。

Claims (14)

1.一种用于太阳能电池的后电极的糊剂组合物，该糊剂组合物包含：
导电粉末，所述导电粉末包含具有第一平均粒径的第一粉末、具有比所述第一平均粒径大的第二平均粒径的第二粉末和具有比所述第二平均粒径大的第三平均粒径的第三粉末；和
有机载体，
其中，基于100重量份的所述糊剂组合物，包含20.1到21.1重量份的所述第一粉末、29.7到37重量份的所述第二粉末和12.8到20.1重量份的所述第三粉末；
或者，基于100重量份的所述糊剂组合物，包含12.8到13.8重量份的所述第一粉末、37到43.3重量份的所述第二粉末和12.8到20.1重量份的所述第三粉末。
2.如权利要求1所述的用于太阳能电池的后电极的糊剂组合物，其中，所述第一平均粒径在1.5μm到2.5μm的范围内，所述第二平均粒径在4.5μm到5.5μm的范围内，和所述第三平均粒径在9.5μm到10.5μm的范围。
3.如权利要求1所述的用于太阳能电池的后电极的糊剂组合物，其中，所述导电粉末包括铝。
4.如权利要求1所述的用于太阳能电池的后电极的糊剂组合物，其中，所述第一粉末、所述第二粉末和所述第三粉末分别是球形粉末或非球形粉末。
5.如权利要求4所述的用于太阳能电池的后电极的糊剂组合物，其中，所述第一粉末是球形粉末，所述第二粉末是非球形粉末，以及所述第三粉末是球形粉末。
6.如权利要求1所述的用于太阳能电池的后电极的糊剂组合物，其中，基于100重量份的所述糊剂组合物，所述有机载体的含量在20到30重量份的范围内。
7.如权利要求1所述的用于太阳能电池的后电极的糊剂组合物，其中，所述有机载体包含溶剂和粘合剂，所述溶剂包括萜品醇或卡必醇，以及所述粘合剂包括丙烯酸类树脂、纤维素类树脂或醇酸树脂。
8.如权利要求1所述的用于太阳能电池的后电极的糊剂组合物，其中，所述糊剂组合物还包含玻璃粉，
其中，基于100重量份的所述糊剂组合物，所述玻璃粉的含量在3到5重量份的范围内。
9.如权利要求8所述的用于太阳能电池的后电极的糊剂组合物，其中，所述玻璃粉包括PbO-SiO2体系、PbO-SiO2-B2O3体系、ZnO-SiO2体系、ZnO-B2O3-SiO2体系或者Bi2O3-B2O3-ZnO-SiO2体系。
10.如权利要求1所述的用于太阳能电池的后电极的糊剂组合物，其中，所述糊剂组合物还包含添加剂，
其中，基于100重量份的所述糊剂组合物，所述添加剂的含量在0.1到10重量份的范围内。
11.如权利要求10所述的用于太阳能电池的后电极的糊剂组合物，其中，所述添加剂包括分散剂、触变剂、均化剂或消泡剂。
12.如权利要求1所述的用于太阳能电池的后电极的糊剂组合物，其中，所述糊剂组合物还包含玻璃粉和添加剂，
其中，基于100重量份的所述糊剂组合物，所述玻璃粉的含量在3到5重量份的范围内，以及基于100重量份的所述糊剂组合物，所述添加剂的含量在0.1到10重量份的范围内。
13.如权利要求12所述的用于太阳能电池的后电极的糊剂组合物，其中，所述有机载体包含溶剂和粘合剂，所述溶剂包括萜品醇或卡必醇，所述粘合剂包括丙烯酸类树脂、纤维素类树脂或醇酸树脂，以及所述添加剂包括分散剂、触变剂、均化剂或消泡剂。
14.一种太阳能电池，包括使用根据权利要求1～13中任一项所述的用于太阳能电池的后电极的糊剂组合物形成的后电极。
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