CN102763172A

CN102763172A - 银糊剂组合物和使用该银糊剂组合物的太阳能电池

Info

Publication number: CN102763172A
Application number: CN2010800559434A
Authority: CN
Inventors: 金珉锄; 许秀连
Original assignee: LG Chemical Co Ltd
Current assignee: LG Chem Ltd; LG Corp
Priority date: 2009-10-13
Filing date: 2010-10-13
Publication date: 2012-10-31
Anticipated expiration: 2030-10-13
Also published as: JP2013507750A; TW201130933A; WO2011046365A2; US20120325308A1; CN102763172B; JP5542212B2; TWI404780B; KR20110040713A; EP2490228B1; KR20130042524A; WO2011046365A3; EP2490228A4; EP2490228A2

Abstract

本发明提供一种银糊剂组合物和使用该糊剂组合物的太阳能电池。所述银糊剂组合物应用于防反射膜上，包含银粉、玻璃粉、有机粘合剂和增塑剂。用于形成太阳能电池的前电极的银糊剂组合物具有均匀的印刷图案和对基板的良好亲和性。

Description

银糊剂组合物和使用该银糊剂组合物的太阳能电池

技术领域

本发明涉及一种银糊剂组合物和使用该银糊剂组合物的太阳能电池，更具体而言，涉及一种用于形成太阳能电池的前电极的银糊剂组合物，当该银糊剂组合物通过丝网印刷等施用时，可以改善印刷图案的均匀性、稳定性和粘合强度，以及涉及一种使用该银糊剂组合物的硅太阳能电池。

背景技术

近年来，预测常规能源例如石油或炭将枯竭，因此，对替代能源的关注与日俱增。在这些替代能源中，特别是太阳能电池具有丰富的能量资源且不会造成环境污染，因此，成为关注的目标。

太阳能电池分成太阳能热电池和太阳能光电池，太阳能热电池利用太阳热产生使涡轮运转所需要的蒸汽，太阳能光电池利用半导体的性能将光子转变成电能。一般地，太阳能光电池(在下文中称为太阳能电池)表示太阳能电池。

太阳能电池根据原料主要包括硅太阳能电池、化合物半导体太阳能电池和级联太阳能电池。其中，硅太阳能电池引领太阳能电池市场。

图1是图示说明硅太阳能电池的基本结构的横截面图。参照图1，硅太阳能电池包括p-型硅半导体基板101和n-型硅半导体发射极层102。在基板101和发射极层102之间的界面处以与二极管相似的方式形成有p-n结。

当光线落在具有上述结构的太阳能电池上，在掺杂有杂质的硅半导体中由于光电效应而产生电子和电子空穴。具体地，在n-型硅半导体发射极层102中产生电子作为多数载流子，而在p-型硅半导体基板101中产生电子空穴作为多数载流子。由于光电效应产生的电子和电子空穴分别被吸向n-型硅半导体和p-型硅半导体，并分别移向发射极层102上方的前电极103和基板101下方的后电极104。当前电极103和后电极104彼此连接时，即有电流流动。

通常，银糊剂组合物用于形成前电极103，铝糊剂组合物用于形成后电极104。特别是，为了最大量的入射光和良好的电连接，前电极103需要小的图案宽度和大的图案高度，因此，制备了高粘度的银糊剂组合物。

然而，当印刷高粘度组合物时，该高粘度组合物不能确保印刷图案的均匀性，并且留下许多残留物，这导致太阳能电池的前表面形成阴影。

因此，需要开发一种能确保印刷图案的均匀性并减少残留物发生的糊剂组合物，尽管该糊剂组合物具有高粘度。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供用于形成太阳能电池的前电极的银糊剂组合物，该银糊剂组合物可以确保印刷图案的均匀性、残留物的发生减少和良好的储存性以及高粘度，以及一种使用该银糊剂组合物的太阳能电池。

为了实现该目的，本发明的银糊剂组合物可以包含银粉、玻璃粉、有机粘合剂和增塑剂。

根据本发明包含增塑剂的银糊剂组合物可以具有改善的加工性和挠性，因此，当所述银糊剂组合物用于形成印刷图案时，可以改善糊剂组合物的滚压性、流平性和润湿性，从而可以改善基板和印刷图案之间的粘合。

本发明的增塑剂可以包括，例如，苯二甲酸酯(phthalic acid ester)、苯甲酸酯、磷酸酯、偏苯三酸酯、聚酯、柠檬酸酯、己二酸酯、环氧化合物或其混合物，然而，就这一点而言，所述增塑剂不受限制。所述增塑剂可以是能够提供可塑性的任何溶剂。

每100重量份的银糊剂组合物，根据本发明的增塑剂的含量可以是0.01～15重量份，然而，就这一点而言，本发明不受限制。

为了形成太阳能电池的前电极和制备太阳能电池，本发明的银糊剂组合物可以应用于防反射膜上。

发明效果

根据本发明，用于形成前电极的银糊剂组合物可以具有改善的滚压性和流平性，因此，该银糊剂组合物使得精细图案能够均匀产生并且能够减少残留物的发生。

另外，所述用于形成前电极的银糊剂组合物可以减少基板和印刷图案之间热膨胀的差异，特别是，可以减少卷边，因此，该银糊剂组合物可以改善印刷图案的稳定性和均匀性。

附图说明

从下面参考附图对实施方案的描述中，本发明的其它目的和方面将变得显而易见，其中：

图1是图示说明常规硅太阳能电池的结构的示意横截面图。

图2是图示说明根据本发明的实施方案的硅太阳能电池的示意横截面图。

图3是图示说明使用根据本发明实施例2的组合物形成的印刷图案的光学显微镜图像。

图4是图示说明使用根据本发明对比例1的组合物形成的印刷图案的光学显微镜图像。

图5是图示说明使用根据本发明对比例1和实施例2的组合物形成的印刷图案的横截面的光学显微镜图像。

<附图标记>

201：基板

202：发射极层

203：防反射膜

204：前电极

205：后电极

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细描述本发明的优选实施方案。在描述之前，应当理解说明书和所附权利要求中使用的术语不应该解释为限于一般含义和字典含义，而应当根据允许发明人为了最好地说明而适当地定义术语的原则，基于与本发明的技术方面相应的含义和概念来解释。

如上所述，本发明的银糊剂组合物可以包含银粉、玻璃粉和有机粘合剂，特别是，可以还包含增塑剂。

所述增塑剂可以包括，例如，苯二甲酸酯、苯甲酸酯、磷酸酯、偏苯三酸酯、聚酯、柠檬酸酯、己二酸酯、环氧化合物或其混合物，然而，就这一点而言，所述增塑剂不受限制。所述增塑剂可以是能够提供可塑性的任何溶剂。

在本发明的银糊剂组合物中，每100重量份的银糊剂组合物，所述增塑剂的含量可以是0.01～15重量份，优选0.1～10重量份，更优选1～5重量份。

当所述增塑剂的含量小于0.01重量份时，所述银糊剂组合物几乎不具备流平性，且对基板显示出低的润湿性。当所述增塑剂的含量超过15重量份时，由于印刷时大的图案宽度和减少的主粘合剂含量而导致银糊剂的滚压性能降低，从而导致了差的可印刷性。

关于本发明中包括的银粉，银粒子可以包括，但不限于，本领域常用的任何银粒子。例如，银粒子可以包括，但不限于，平均粒度为0.5～7μm的任何银粒子。

可用于本发明的银糊剂组合物中的玻璃粉可以包括，但不限于，本领域常用的任何玻璃粉。例如，所述玻璃粉可以包括，但不限于，氧化铅和/或氧化铋。具体地，所述玻璃粉可以包括，但不限于，基于SiO₂-PbO的粉末、基于SiO₂-PbO-B₂O₃的粉末、基于Bi₂O₃-B₂O₃-SiO₂的粉末、基于PbO-Bi₂O₃-B₂O₃-SiO₂的粉末或其混合物。

所述有机粘合剂可以用于将所述银粉、玻璃粉和增塑剂制备成糊状。本发明中所用的有机粘合剂可以包括，但不限于，本领域中用于制备银糊剂组合物的任何有机粘合剂。例如，所述有机粘合剂可以包括但不限于纤维素、二甘醇一丁醚、松油醇或其混合物。

在本发明的银糊剂组合物中，依据该银糊剂组合物的具体使用可以对所述玻璃粉和有机粘合剂进行选择。例如，每100重量份的银糊剂组合物，所述玻璃粉的含量可以优选为1～20重量份。每100重量份的银糊剂组合物，所述有机粘合剂的含量可以为5～30重量份。所述示例性含量范围可以使得电极易于形成，并且确保适合于丝网印刷的粘度和合适的长宽比以防止糊剂在丝网印刷后流动。

本发明的银糊剂组合物可以通过使用本领域已知的各种方法混合上述组分，使得所述组分可以均匀分散而制得。

任选地，在不背离本发明的精神和范围的情况下，本发明的银糊剂组合物可以还包含添加剂。例如，根据需要，所述银糊剂组合物可以还包含润湿剂和触变剂等。

用于制备本发明的银糊剂组合物的方法如下所述。所述银糊剂组合物可以通过同时放入银粉、玻璃粉、粘合剂和增塑剂，并混合它们来制备。优选地，可以首先混合银粉、玻璃粉和粘合剂(第一混合)，然后加入增塑剂并与它们混合(第二混合)。在此情况下，可以使用3辊研磨机等均匀地混合这些组分。

所有组分的同时混合可能达到本发明的所需效果，然而，当增塑剂与其它组分同时混合时，增塑剂可能被吸收到银粉和玻璃粉中，并且可能不会均匀地分散在糊剂中。因此，在银粉和玻璃粉在第一混合中被粘合剂充分润湿后，可以加入增塑剂(第二混合)并使其均匀分散在糊剂中，使得增塑剂的效果可以最大化。

在下文中，参照图2，在下文描述使用本发明的银糊剂组合物的硅太阳能电池。此处提出的描述仅是用于举例说明目的的优选实施例，不是用来限制本发明的范围，所以应当理解在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以做出其它等同形式和修改。

参照图2，根据本发明实施方案的硅太阳能电池包括：硅半导体基板201、在基板201上的发射极层202、在发射极层202上的防反射膜203、穿过防反射膜203与发射极层202的上表面连接的前电极204和与基板201的后表面连接的后电极205。

基板201可以掺杂元素周期表中第3族元素的p-型杂质，例如B、Ga和In等，发射极层202可以掺杂元素周期表中第5族元素的n-型杂质，例如P、As和Sb等。当基板201和发射极层202掺杂相反导电类型的杂质时，在基板201和发射极层202之间的界面处可以形成p-n结。在此情况下，在掺杂n-型杂质的基板201和掺杂p-型杂质的发射极层202之间可以形成p-n结。

防反射膜203可以使发射极层202的表面上或本体中存在的缺陷(例如，悬空键)钝化，并且可以减少入射在基板201的前表面上的太阳光线的反射率。当发射极层202上/中存在的缺陷被钝化时，可以移除少数载流子复合的位置，从而增加太阳能电池的开路电压。另外，减少太阳光线的反射率可以增加到达p-n结的光的量，从而增加太阳能电池的短路电流。因此，通过防反射膜203增加太阳能电池的开路电压和短路电流可以有助于改善太阳能电池的转换效率。

例如，该防反射膜203可以具有选自氮化硅膜、含氢的氮化硅膜、氧化硅膜、氮氧化硅膜、MgF₂、ZnS、MgF₂、TiO₂和CeO₂中的任何一种的单膜结构，或至少两层材料膜的多膜结构，然而，就这一点而言，本发明不受限制。另外，防反射膜203可以通过真空沉积、化学气相沉积、旋转涂布、丝网印刷或喷涂来形成，然而，就这一点而言，形成根据本发明的防反射膜203的方法不受限制。

前电极204和后电极205可以是分别由银和铝制成的电极。前电极204可以由本发明的银糊剂组合物制成。银电极可以具有良好的导电性；而铝电极可以具有良好的导电性和对于硅半导体基板201的高亲和性，使得两者之间能够形成良好的连接。

前电极204和后电极205可以由已知的各种技术来形成，但优选丝网印刷。即，前电极204通过在待形成前电极的位置处丝网印刷本发明的银糊剂组合物，随后进行热处理来形成。在热处理过程中，由于穿通现象前电极204可以穿透防反射膜203，并可以与发射极层202连接。

类似地，后电极205通过在基板201的后表面上印刷包含铝、硅石英和粘合剂等的用于形成后电极的铝糊剂组合物，随后进行热处理来进行。在后电极的热处理过程中，作为后电极组合物中的成分之一的铝可以穿过基板201的后表面扩散，从而在后电极205和基板201之间的界面处可以形成背表面电场层(未显示)。该背表面电场层可以防止载流子移动至基板201的后表面和复合。防止载流子复合有助于增加开路电压和增大填充因数，从而改善太阳能电池的转换效率。

在下文中，将通过具体实施例详细地描述本发明。然而，此处提出的描述仅仅是用于说明目的的优选实施例，不是用来限制本发明的范围，所以应当理解，提供这些实施例以对本领域普通技术人员提供更确切解释。

实施例1～7和对比例1

通过根据下面表1所示的组成(单位:重量%)混合银粉、玻璃粉、有机粘合剂(乙基纤维素)和添加剂(增塑剂、润湿剂和触变剂)，随后使用3辊研磨机均匀分散而制得各银糊剂组合物。

在表1中，实施例1～4中的增塑剂是二苯甲酸二丙二醇酯(DPD)，实施例5中的增塑剂是邻苯二甲酸二辛酯(DOP)，实施例6中的增塑剂是二辛基己二酸(DOA)，实施例7中的增塑剂是磷酸三甲苯酯(TCP)。

表1

试验例1：粘度的测量

在如上所述制得根据实施例1～7和对比例1的银糊剂组合物之后，测量粘度变化。此粘度变化随着研磨次数的改变来测量，并随时间来测量。

(1)由下面数学式1计算随着研磨次数改变的粘度变化(V_m)，并且在制得样品后约200秒内测量粘度。

数学式1

V_{m} = \frac{V_{m, 12} - V_{m, 4}}{V_{m, 4}}

其中，V_m,4是进行4次研磨后测得的粘度，V_m,12是进行12次研磨后测得的粘度。

在表2中，以O表示10%或小于10%的Vm，以△表示大于10%且不大于30%的Vm，以X表示大于30%的Vm。

(2)由下面数学式2计算随时间的粘度变化(Vt)，在50℃下制得样品后约200秒内测量粘度。

数学式2

V_{t} = \frac{V_{t, 72} - V_{t, 0}}{V_{t, 0}}

其中，V_t,0是制得样品后立即测得的粘度，V_t,72是制得样品并在50℃下保存72小时后测得的粘度。

在表2中，以O表示10%或小于10%的V_t，以△表示大于10%且不大于30%的V_t，以X表示大于30%的V_t。

表2

如表2所示，试验结果显示出对比例1随着研磨次数改变而具有大的粘度变化，而实施例具有几乎均匀的粘度，与研磨次数无关。

另外，试验结果指出对比例1的粘度随时间显著增加(至少1.5倍)，而实施例的粘度的增量保持在10%或小于10%内。

因此，发现实施例的组合物的粘度变化小于无增塑剂的对比例1的粘度变化，因此，本发明的银糊剂组合物具有更高的稳定性。另外，发现当保存糊剂时，不使用任何添加剂而仅加入增塑剂改善了稳定性。

试验例2：图案宽度的测量

使用丝网印刷将根据实施例1～7和对比例1制得的组合物印刷成图案宽度为120m的图案，并在200℃下干燥。测量得到的印刷图案的图案宽度。

使用测得的值计算每个图案的最小图案宽度与最大图案宽度的比值。在表5中，以O表示0.95或大于0.95的比值，以△表示0.93和0.95之间但不是0.95的比值，以X表示小于0.93的比值。

表3

	图案宽度变化
		实施例1	O
实施例2	O
		实施例3	O
实施例4	O
		实施例5	△
实施例6	△
		实施例7	△
对比例1	X

参照表3，发现由实施例的组合物形成的印刷图案的图案宽度变化小于对比例1。

试验例3：印刷图案的观察

在上述印刷图案中，使用光学显微镜观察由实施例2和对比例1的组合物形成的印刷图案的图案宽度。结果示于图3(实施例2)和图4(对比例1)，印刷图案的横截面示于图5。

参照图3和4，发现与对比例1相比，由实施例2的组合物形成的印刷图案具有更小的图案宽度、均匀的图案和减少的残留物发生。

参照图5，发现由仅含增塑剂的实施例2的组合物形成的印刷图案的图案高度与含触变剂(TA)的对比例1的图案高度大致相同。

Claims

1.一种用于形成太阳能电池的前电极的银糊剂组合物，包含：银粉、玻璃粉、有机粘合剂和增塑剂。

2.根据权利要求1所述的用于形成太阳能电池的前电极的银糊剂组合物，其中，所述增塑剂是选自苯二甲酸酯、苯甲酸酯、磷酸酯、偏苯三酸酯、聚酯、柠檬酸酯、己二酸酯和环氧化合物中的任何一种，或者是其混合物。

3.根据权利要求1所述的用于形成太阳能电池的前电极的银糊剂组合物，其中，每100重量份的所述银糊剂组合物，所述增塑剂的含量是0.01～15重量份。

4.根据权利要求1所述的用于形成太阳能电池的前电极的银糊剂组合物，其中，所述玻璃粉包括氧化铅或氧化铋。

5.根据权利要求1所述的用于形成太阳能电池的前电极的银糊剂组合物，其中，所述有机粘合剂是选自纤维素、二甘醇一丁醚和松油醇中的任何一种，或者是其混合物。

6.一种用于形成太阳能电池的前电极的银糊剂组合物的制备方法，所述方法包括：

使银粉、玻璃粉和有机粘合剂混合；和

将增塑剂加入到上述混合物中，并使该增塑剂与上述混合物混合。

7.一种硅太阳能电池，包括：

硅半导体基板；

在所述基板上的发射极层；

在所述发射极层上的防反射膜；

穿过所述防反射膜与所述发射极层连接的前电极；和

与所述基板的后表面连接的后电极，

其中，所述前电极是通过将权利要求1～5中任何一项所述的银糊剂组合物以预定图案施加在所述防反射膜上并焙烧该银糊剂组合物而形成的。