CN103151096B - 银浆及其用于制造光伏组件的用途 - Google Patents

Abstract

本发明揭露一种银浆及其用于制造光伏元件，银浆包含有机载体、玻璃粉末以及含银材料粉末，含银材料粉末为银粉末、有机金属银化合物粉末或氧化银粉末。特别地，本发明的银浆还包括银微结晶析出促进剂，该银微结晶析出促进剂占银浆的重量百分比为0.01～0.6%。与现有技术相比，利用本发明的银浆料制造光伏组件的正面电极时，在界面玻璃层与硅晶圆之间的接口处有大量银微结晶析出，且在界面玻璃层内也有大量纳米银微粒析出，从而提升了利用本发明的银浆所制造的光伏组件的整体效能。

Description

银浆及其用于制造光伏组件的用途

技术领域

本发明关于一种银浆(silver paste)及其用于制造光伏组件(photovoltaic device)的用途，并且特别地，关于用于制造光伏组件的正面电极时，可促进形成具有利于提高穿隧导电性(tunneling conductivity)的微结构的银浆。

背景技术

光伏组件(photovoltaic device)因为其将发自光源(例如，太阳光)中容易取得的能量转换成电力，以操控例如：计算器、计算机、加热器等电子装置，所以光伏组件已被广泛地使用。最常见的光伏组件即为硅基太阳能电池。

硅基太阳能电池是指利用取自单晶硅晶棒或多晶硅铸锭的结晶硅基材所制作的太阳能电池。在硅基太阳能电池上形成电极的先前技术，先在硅基太阳能电池的正表面及背表面上利用网版印刷等制程涂布金属浆料后，需要执行两次烧结程序，才能形成具有良好的欧姆(Ohmic Contact)接触的金属电极。典型的硅基太阳能电池，其正表面涂布导电银浆，其背表面涂布导电铝浆以及导电银浆(或导电银铝浆)。

已有共烧技术(co-firing)已经运用在硅基太阳能电池的电极的制程中，共烧技术只需执行一次烧结程序，即同时形成具有良好的欧姆(Ohmic Contact)接触的正面电极以及供焊接用的总线电极(bus bar)、铝形成的背面电极以及供焊接用的背面总线电极。正面电极包含线宽较细的网栅电极以及线宽较粗且供焊接用的正面总线电极。铝局部扩散至硅基太阳能电池的背表面里，形成了背表面电场(back surface filed,BSF)。背表面电场反射少数载子并增加多数载子的收集再传输至银或银铝形成的背面电极，进而提升硅基太阳能电池的整体效能。

请参阅图1，图1为现有硅基太阳能电池1的局部截面图。图1仅绘示出硅晶圆10以及利用银浆涂布在硅晶圆10的正表面102上且烧结而成的正面电极12。在烧结制程后，层界面玻璃层14形成在硅晶圆10与正面电极12之间。显见地，界面玻璃层14降低了载子传输至正面电极12的导电性。现有硅基太阳能电池1利用改变银浆的成份，让银浆烧结成的正面电极12包含团块电极122(或称烧结的银电极)、成长在界面玻璃层14与硅晶圆10之间的接口处的银微结晶(Ag crystallite)126及/或成长在界面玻璃层14内的纳米银微粒(nano-Agcolloid)124。藉由银微结晶126及/或纳米银微粒124，可以提升正面电极12与硅晶圆10间的穿隧导电性。

然而，目前尚未见到能够有效地促进形成利于穿隧导电性的微结构的银浆被提出。

发明内容

因此，本发明的目的是在于提供一种银浆及其用于制造光伏组件的用途，并且本发明的银浆用于制造光伏组件的正面电极时，可以促进利于穿隧导电性的微结构形成。

为达到上述目的，本发明提供一种银浆，包含有机载体(organic vehicle)、玻璃粉末(glass frit)、含银材料粉末(material particle containing silver)，含银材料粉末可以是银粉末、有机金属银化合物粉末或氧化银粉末。特别地，本发明的银浆还包含银微结晶析出促进剂，银微结晶析出促进剂占银浆重量百分比为0.01～0.6%。藉此，让本发明的银浆用于制造光伏组件的正面电极时，在界面玻璃层与硅晶圆的接口处有大量银微结晶析出，且在界面玻璃层内也有大量纳米银微粒析出，从而提升了利用本发的银浆所制造的光伏组件的整体效能。

于一具体实施例中，银微结晶析出促进剂可以是Te或Bi₂Te₃。

于一具体实施例中，有机载体占本发明的银浆的重量百分比为约1～～10%，玻璃粉末占本发明的银浆的重量百分比为约1～5%，银微结晶析出促进剂占本发明的银浆的重量百分比为约0.01～0.6%，以及含银材料粉末占本发明的银浆的重量百分比的其余部分。

于一具体实施例中，玻璃粉末可以是PbO-SiO玻璃粉末、PbO-B₂O₃玻璃粉末或PbO-SiO₂-B₂O₃玻璃粉末。

于一具体实施例中，有机载体包含重量百分比约为10%的固态纤维素聚合物(solid cellulose polymer)、重量百分比约为0～20%的2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯以及占有机载体的重量百分比的其余部分的松油醇(Terpineol)。

于本发明之一较佳具体实施例中，本发明还提供一种制造光伏组件的方法：

首先，制备半导体结构组合，半导体结构组合包含至少一p-n接面，并且半导体结构具有正表面；

其次，本发明的方法是选择性涂布并烘干本发明揭示的银浆于正表面上，以形成平行的多条第一导电条于正表面上；

接着，本发明的方法是选择性涂布并烘干金属浆于正表面上，以形成与多条第一导电条垂直的至少一条第二导电条于正表面上；

最后，本发明的方法是烧结多条第一导电条以及至少一条第二导电条，以形成正面电极于正表面上。

于一具体实施例中，于正面电极与正表面之间形成界面玻璃层。正面电极包含形成在界面玻璃层上的团块电极、在界面玻璃层与正表面之间的多个银微结晶以及在界面玻璃层内的多个纳米银微粒。

于一具体实施例中，半导体结构组合还包含抗反射层，抗反射层提供半导体结构组合的正表面。

于一具体实施例中，半导体结构组合还包含钝化层，钝化层提供半导体结构组合的正表面。

于一具体实施例中，本发明提供的一种制造光伏组件的方法包含下列步骤：

制备半导体结构组合，该半导体结构组合包含至少一p-n接面，且该半导体结构组合具有正表面；

选择性涂布并烘干本发明所揭示的银浆于该正表面上，以形成平行的多条第一导电条于该正表面上；

选择性涂布并烘干本发明所揭示的银浆于该正表面上，以形成与该多条第一导电条垂直的至少一条第二导电条于该正表面上；

烧结该多条第一导电条以及该至少一条第二导电条，以形成正面电极于该正表面上。

与现有技术相比，本发明的银浆料用于制造光伏组件的正面电极时，在界面玻璃层与硅晶圆之间的接口处有大量银微结晶析出，且在界面玻璃层内也有大量纳米银微粒析出，从而让利用本发明的银浆所制造的光伏组件的整体效能有明显地提升。

为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，兹配合实施例与附图详细说明如下。

附图说明

图1现有硅基太阳能电池的局部截面图。

图2根据本发明的方法所制造的光伏组件的俯视图。

图3根据本发明的方法所制造的光伏组件的仰视图。

图4A至图4D是以本发明的方法该造如图2中沿A-A线的剖面图所示的光伏组件2的过程示意图。

图4E是图4D中正面电极与钝化层的界面处的局部放大图。

图5a-图5c是对照组、电池A、电池B的正面电极未经烧结的SEM照片的示意图。

图6a-图6c是对照组、电池A、电池B的正面电极经810℃烧结后的SEM照片的示意图。

图7a-图7c是对照组、电池A、电池B的正面电极经840℃烧结后的SEM照片的示意图。

具体实施方式

本发明的一较佳具体实施例的一种银浆，包含有机载体、玻璃粉末、含银材料粉末。含银材料粉末可以是银粉末、有机金属银化合物粉末或氧化银粉末上述粉末其一。特别地，本发明的银浆还包含占银浆的重量百分比为约0.01～0.6%的银微结晶析出促进剂。藉此，让本发明的银浆用于制造光伏组件的正面电极时，在界面玻璃层与硅晶圆之间测接口处有大量银微结晶析出，在界面玻璃层界面玻璃层内也有大量纳米银微粒析出，从而提升了利用本发明的银浆所制造的光伏组件的整体效能。

于一具体实施例中，银微结晶析出促进剂可以是Te或Bi₂Te₃。

于一具体实施例中，有机载体占本发明的银浆的重量百分比为约1～10%，玻璃粉末占本发明的银浆的重量百分比为约1～5%，银微结晶析出促进剂占本发明的银浆的重量百分比为约0.01～0.6%，以及含银材料粉末占本发明的银浆的重量百分比的其余部分。

于一具体实施例中，玻璃粉末可以是PbO-SiO玻璃粉末、PbO-B₂O₃玻璃粉末或PbO-SiO₂-B₂O₃玻璃粉末。

于一具体实施例中，有机载体包含重量百分比约为10%的固态纤维素聚合物、重量百分比约为0～20%的2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯以及占有机载体的重量百分比的其余部分的松油醇。

请参阅图2、图3及图4A-图4D，图2是根据本发明的方法所制造光伏组件2(例如，硅基太阳能电池)的俯视图。图3是根据本发明的方法所制造光伏组件2的仰视图。图4A至图4D是以本发明的方法制造如图2中沿A-A线的剖面图所示的光伏组件2的过程示意图。

如图2及图3所示，根据本发明的方法所制造的光伏组件2包含半导体结构组合20、正面电极22、背面电极24以及至少一背面总线电极(26a、26b)。半导体结构组合20具有正表面202以及背表面204。

正面电极22是形成在半导体结构组合20的正表面202上。如图2所示，正面电极22包含线宽较细的网栅电极(grid)222以及线宽较粗的至少一正面总线电极224。至少一正面总线电极224沿图2中Y方向排列，并且供光伏组件2串联时焊接之用。一般光伏组件2(例如，硅基太阳能电池)会有两条或三条正面总线电极224。

至少一背面总线电极(26a、26b)是形成在半导体结构组合20的背表面204上，并且供光伏组件2串联时焊接之用。如图3所示的案例中，两条平行的背面总线电极(26a、26b)成对称排列，且沿图3中Y方向排列。

背电极24是形成在半导体结构组合20的背表面204上，并且覆盖背表面204上形成的至少一背面总线电极(26a、26b)以外的区域。

如图4A所示，本发明的一种制造光伏组件2的方法，首先，制备半导体结构组合20，半导体结构组合20包含至少一p-n接面206，并且半导体结构组合20具有正表面202以及背表面204。根据本发明的方法所制造的光伏组件2在使用过程，正表面202朝上，将面向太阳光。为降低入射太阳光的反射率，如图4A所示，正表面202经粗纹化处理成粗糙表面为佳。

其次，如图4B所示，本发明的方法是选择性涂布并烘干本发明揭示的银浆于半导体结构组合20的正表面202上，以形成平行的多条第一导电条221于正表面202上。接着，本发明的方法再次选择性涂布并烘干第一金属浆于正表面202上，以形成与多条第一导电条221垂直的至少一条第二导电条223。

同样如图4B所示，本发明的方法是在半导体结构组合20的背表面204上，涂布并烘干第二金属浆，以形成导电层242。

于一具体实施例中，第二金属浆可以是由铝、银、铜、金、铂、钯、铝合金、银合金、铜合金、金合金、铂合金、钯合金上述材质之一或其混合物形成的粉末混合成的导电浆，或其它商用导电金属浆料。实际应用中，第二金属浆是以铝粉末混合成的导电浆料为佳。

同样如图4B所示，本发明的方法是在半导体结构组合20的背表面204上，选择性涂布并烘干第三金属浆，以形成平行的至少一条第三导电条(262、264)于背表面204上。

于一具体实施例中，第三金属浆可以由铝、银、铜、金、铂、钯、铝合金、银合金、铜合金、金合金、铂合金、钯合金上述材质之一或其混合物形成的粉末混合成的导电浆，或其它商用导电金属浆料。实际应用中，第三金属浆是以银粉末与铝粉末混合成的导电浆为佳。

最后，如图4C所示，本发明的方法是烧结多条第一导电条221以及至少一条第二导电条223，以形成正面电极22于正表面202上。也就是说，正面电极22是由多条第一导电条221烧结成的网栅电极222以及由至少一条第二导电条223烧结成的正面总线电极224所构成。本发明的方法并且烧结导电层242，即烧结成背面电极24，并且烧结至少一条第三导电条(262、264)，即烧结成至少一背面总线电极(26a、26b)。正面电极22与背面电极24、至少一背面总线电极(26a、26b)可以藉由不同的烧结制程分别形成，也可以藉由共烧制程一次形成。

于一具体实施例中，半导体结构组合20包含p型态结晶硅基材201，并且在p型态结晶硅基材201的表面植布n型态结晶硅掺杂形成n型态区域。如图4A所示，本发明的方法形成钝化层208覆盖n型态区域，钝化层208提供半导体结构组合20的正表面202。如图4D所示，本发明的方法进一步形成抗反射层28，抗反射层28覆盖钝化层208。于另一具体实施例中，反射层28提供半导体结构组合20的正表面202。

于另一具体实施例中，半导体结构组合20包含n型态结晶硅基材201，并且在n型态结晶硅基材201的表面植布p型态结晶硅掺杂形成p型态区域。如图4A所示，本发明的方法形成钝化层208覆盖p型态区域，钝化层208提供半导体结构组合20的正表面202。如图4D所示，本发明的方法进一步形成抗反射层28，抗反射层28覆盖钝化层208。于另一具体实施例中，抗反射层28提供半导体结构组合20的正表面202。

于另一具体实施例中，半导体结构组合20即为如美国专利公开号第5,935,344号所揭示的硅异质接面太阳能电池(silicon heterojunction solar cell)结构。硅异质接面太阳能电池的结构请参考美国专利公开号第5,935,344号，在此不再赘述。

请参阅图4D及图4E，图4D是本发明一较佳具体实施例的光伏组件2的截面图。图4E为图4D中正面电极22与钝化层208交界面处的局部放大图。如图4E所示，本发明揭示的银浆涂布在正表面202上且经烧结后，于正面电极22与钝化层208的正表面202之间形成界面玻璃层229。正面电极22包含形成在界面玻璃层229上的团块电极226、在界面玻璃层229与正表面202之间的多个银微结晶228以及在界面玻璃层229内的多个纳米银微粒227。

请参阅表1，表1中列出两种根据本发明揭示的银浆(银微结晶析出促进剂不同)以及不含银微结晶析出促进剂的银浆的成份。着些银浆用于制造硅基太阳能电池(对照组、电池A、电池B)的正面电极且在810℃、840℃下烧结成正面电极。电池A所采用的银浆包含占银浆重量百分比为0.5%Te做为银微结晶析出促进剂。电池B所采用的银浆包含占银浆重量百分比为0.5%Bi₂Te₃做为银微结晶析出促进剂。制成的着些太阳能电池测得的光电转换效率(η)以及综合性评估指标-填充因子(fill factor,FF)也列于表1。这些太阳能电池的背面电极是使用市售的铝浆涂布、烧结制成，其背面总线电极是使用市售的银浆涂布、烧结制成。

表1

对照组、电池A、电池B涂布制成正面电极的银浆在末烧结、经810℃烧结后、经840℃烧结后，其正面电极利用扫描式电子显微镜(SEM)观察，观察结果的照片，请见图5a-图5c、图6a-图6c及图7a-图7c。于图5a-图5c中，图5a为对照组，图5b为电池A，图5c)电池B。于图6a-图6c中，图6a为对照组，图6b为电池A，图6c为电池B。于图7a-图7c中，图7a为对照组，图7b为电池A，图7c为电池B。

由图5a-图5c、图6a-图6c及图7a-图7c所示的SEM照片的示意图证实，添添Te与Bi₂Te₃此类银微结晶析出促进剂会与银反应生成溶解银，溶解银向半导体结构组合的正表面扩散流动，经烧结、降温后析出形成了银微结晶以及纳米银微粒。

从表1的测试数据与图5a-图5c、图6a-图6c及图7a-图7c所示的SEM照片的示意图，可以清楚看出本发明的银浆作为电池A、电池B的正面电极，经烧结、降温后析出银微结晶以及纳米银微粒，从而提升了正面电极与硅晶圆间的穿隧导电性，这也反映在光电转换效率及填充因子的增加。

本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并末限制本发明的范围。相反地，在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。

Claims (9)

1.一种银浆，应用于光伏组件，包含有机载体、玻璃粉末以及含银材料粉末，该含银材料粉末为银粉末、有机金属银化合物粉末或氧化银粉末，其特征在于该银浆还包括：

银微结晶析出促进剂，该银微结晶析出促进剂占银浆的重量百分比为0.01～0.6％，该银微结晶析出促进剂为Te或Bi₂Te₃，其中，涂布该银浆于该光伏组件的正表面，经烧结于该正表面形成界面玻璃层，并且在该界面玻璃层与该正表面之间形成多个银微结晶，以及在该界面玻璃层内部形成多个纳米银微粒。

2.如权利要求1所述的银浆，其特征在于：该有机载体占该银浆的重量百分比为1～10％，该玻璃粉末占该银浆的重量百分比为1～5％，该银微结晶析出促进剂占该银浆的重量百分比为0.01～0.6％，以及该含银材料粉末占该银浆的重量百分比的其余部分。

3.如权利要求2所述的银浆，其特征在于：该玻璃粉末为PbO-SiO玻璃粉末、PbO-B₂O₃玻璃粉末或PbO-SiO₂-B₂O₃玻璃粉末。

4.如权利要求2所述的银浆，其特征在于：该有机载体包含重量百分比为10％的固态纤维素聚合物、重量百分比为0～20％的2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯以及占该有机载体的重量百分比的其余部分的松油醇。

5.一种制造光伏组件的方法，其特征在于包含下列步骤：

制备半导体结构组合，该半导体结构组合包含至少一p-n接面，且该半导体结构组合具有正表面；

选择性涂布并烘干如权利要求1至4中任一项所述的银浆于该正表面上，以形成平行的多条第一导电条于该正表面上；

选择性涂布并烘干金属浆于该正表面上，以形成与该多条第一导电条垂直的至少一条第二导电条于该正表面上；

烧结该多条第一导电条以及该至少一条第二导电条，以形成正面电极于该正表面上。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：于该正面电极与该正表面之间形成界面玻璃层，该正面电极包含形成在该界面玻璃层上的团块电极、在该界面玻璃层与该正表面之间的多个银微结晶以及在该界面玻璃层内的多个纳米银微粒。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：该半导体结构组合还包含抗反射层，该抗反射层提供该正表面。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于：半导体结构组合还包含钝化层，该钝化层提供该正表面。

9.一种制造光伏组件的方法，其特征在于包含下列步骤：

制备半导体结构组合，该半导体结构组合包含至少一p-n接面，且该半导体结构组合具有正表面；

选择性涂布并烘干如权利要求1至4中任一项所述的银浆于该正表面上，以形成平行的多条第一导电条于该正表面上；

选择性涂布并烘干如权利要求1至4中任一项所述的银浆于该正表面上，以形成与该多条第一导电条垂直的至少一条第二导电条于该正表面上；

烧结该多条第一导电条以及该至少一条第二导电条，以形成正面电极于该正表面上。