CN103155168A - 太阳能电池以及其背电极的膏组分 - Google Patents
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Abstract
一种根据实施例的太阳能电池的背电极的膏组分包括:导电粉末;有机载体;以及包括硅或金属的添加剂。
Description
技术领域
本公开涉及一种太阳能电池以及一种该太阳能电池的背电极的膏组分。
背景技术
近来,由于化石燃料的短缺,从而下一代清洁能源的开发变得更为重要。在下一代清洁能源中,由于太阳能电池几乎不导致环境污染、具有半永久的寿命并且存在无限的资源,从而太阳能电池作为用于解决未来能源问题的能源而成为焦点。
这种太阳能电池可以包括在具有N型半导体和P型半导体的硅基板上形成的电极。然而,如果电极与硅基板之间的粘合强度弱,则在高温和高湿度条件下湿气可能会渗入电极,从而导电性可能会降低。在极端情况下,电极可能会从硅基板剥落。在这种情况下,太阳能电池的效率和可靠性可能会变差。
发明内容
技术问题
实施例提供了一种背电极的能够提高太阳能电池的效率和可靠性的膏组分以及一种包括使用该膏组分制备的背电极的太阳能电池。
技术方案
根据实施例的太阳能电池的背电极的膏组分包括导电粉末、有机载体以及包括硅或金属的添加剂。
添加剂包括从由硅、硅油、硅树脂、醋酸硅、氮化硅、氧化硅以及碳化硅组成的组中选择的至少一种。
硅油包括从由二甲基硅油、甲基苯基硅油、环聚二基甲硅氧烷以及改性硅油组成的组中选择的至少一种。
硅树脂具有硅氧烷键。
添加剂包括从由Cu、Mg、Ni和包括Cu、Mg、Ni之一的合金组成的组选择中的至少一种。
合金包括从由金属氧化物和金属添加剂盐组成的组中选择的至少一种。
添加剂具有范围从1到10μm的平均粒径。
膏组分包括重量百分比从50%到90%的导电粉末、重量百分比从10%到50%的有机载体、重量百分比从0.1%到20%的添加剂以及重量百分比从0%到20%的玻璃粉。
膏组分为无玻璃粉的膏组分。
膏组分为无铅的膏组分。
导电粉末包括铝粉末。
根据另一个实施例,提供了一种太阳能电池,包括使用上述膏组分制造的背电极。
技术效果
根据实施例的太阳能电池的背电极的膏组分包括具有硅或金属的添加剂,从而可以提高烧结密度。因而,使用膏组分制备的背电极表现出与硅基板之间的优异的粘合强度。此外,可以提高烧结密度,而不会降低背表面场层的翘曲特性和阻抗特性。
因此,包括使用膏组分制备的背电极的太阳能电池可以表现出高效率和高可靠性。
附图说明
图1是太阳能电池的剖视图。
具体实施方式
根据实施例的太阳能电池的背电极的膏组分包括导电粉末、有机载体以及具有硅或金属的添加剂。
导电粉末可以是铝粉末。铝粉末包括球形粉末。铝粉末可以由相同粒子或具有彼此不同特性的各种粒子组成。铝粒子可以具有约0.5到10μm的平均粒径。然而,实施例不限于上述内容,并且在实施例中可以采用各种导电粉末。
通过将粘合剂溶解在溶剂中来制备有机载体。有机载体还可以包括防沫剂和分散剂。溶剂可以包括有机溶剂,例如松油醇或卡必醇。粘合剂可以包括丙烯醛基树脂、纤维素基树脂或醇酸树脂。然而,实施例不限于上述内容,并且在实施例中可以采用各种有机载体。
添加剂是包括硅或金属的材料。添加剂增加导电粉末的界面粘合性并提高膏组分的密度。因而,能够提高使用膏组分制备的背电极与太阳能电池的硅基板之间的粘合强度。结果是,能够提高太阳能电池的效率和可靠性。
添加剂中可以包括硅、硅油、硅树脂、醋酸硅、氮化硅、氧化硅或碳化硅。例如,硅油可以包括二甲基硅油、甲基苯基硅油、环聚二基甲硅氧烷以及改性硅油。硅树脂可以具有硅氧烷键。
通过热分解来分解硅油、硅树脂以及包括硅的硅化合物,从而形成硅、硅-铝合金或氧化硅。因而,能够提高硅基板与背电极之间的粘合强度。
当添加剂包括金属时,可以将Cu、Mg、Ni以及具有上述元素之一的合金用作该金属。当铝扩散时,该金属可以提高烧结强度并且可以用作除气部位(gettering site),以降低背表面场层的阻抗。此外,该金属可以减小铝与硅基板之间的热膨胀系数的差,从而提高晶片的翘曲特性。
合金可以包括金属氧化物或金属添加剂盐。例如,金属氧化物可以包括MgO或NiO。此外,金属添加剂盐可以包括Cu(OH)、Cu(OH)2、Mg(OH)2、Ni(OH)2、Ni2O3H2O或NiCl2。
添加剂的热分解温度在100℃到400℃的范围内。
添加剂具有范围从1到10μm的平均粒径。如果粒径超过10μm,则膏组分会不容易被涂敷在硅基板上。如果粒径小于1μm,则会发生爆炸或氧化。即,通过将涂敷过程和稳定性纳入考虑,来确定添加剂的平均粒径。
包括硅或金属的添加剂可以用作玻璃粉,从而可以不另外需要玻璃粉。由于在膏组分内不包括含有铅(Pb)的玻璃粉,从而能够制备利于环境的膏组分。
然而,膏组分可以包括玻璃粉。在这种情况下,玻璃粉可以包括PbO-SiO2、PbO-SiO2-B2O3、ZnO-SiO2、ZnO-B2O3-SiO2或Bi2O3-B2O3-ZbO-SiO2。
例如,膏组分可以包括重量百分比从50%到90%的导电粉末、重量百分比从10%到50%的有机载体、重量百分比从0.1%到20%的添加剂以及重量百分比从0%到20%的玻璃粉。
如果导电粉末的量超过90%的重量百分比,则难以形成处于膏状态的组分。如果导电粉末的量低于50%的重量百分比,则导电材料的量会减少,从而背电极的阻抗会增大。
如果有机载体的量超过50%的重量百分比,则背电极的阻抗会增大。如果有机载体的量低于10%的重量百分比,则与硅基板之间的粘合特性会降低。
如果添加剂的量超过20%的重量百分比,则导电粉末的量会增加,从而使用膏组分制备的背电极的阻抗会增加。在这种情况下,太阳能电池的效率会降低。如果添加剂的量低于0.1%的重量百分比,则添加剂的效果不足。
因而,通过将添加剂的效果和背电极的阻抗纳入考虑,在膏组分中包括重量百分比从0.5%到10%的添加剂,优选包括重量百分比从0.7%到5%的添加剂。
根据实施例的膏组分,当通过加入包括硅或金属的添加剂将膏组分烧结以制造背电极时,可以提高烧结密度。因而,可以提高膏组分与硅基板之间的粘合强度。由于添加剂,膏组分可以不包括含有对环境有害的铅(Pb)的玻璃粉。如果添加剂包括金属,例如包括Cu、Mg、Ni或其合金,则可以提高膏组分与硅基板之间的粘合强度,而不会使背电极层的阻抗和太阳能电池的翘曲特性变差。
可以如下来制备膏组分。
首先,通过将粘合剂溶解在溶剂中并且将混合物预先混合,来制备有机载体。接着,将导电粉末和添加剂加入有机载体中,并且将混合物熟化1到12个小时。此时,可以将玻璃粉加入混合物。之后,使用三辊研磨机将熟化的混合物机械地混合并分散。接着,将混合物过滤并去除泡沫,从而制备了膏组分。然而,上述方法仅是为了说明的目的,实施例不限于此。
在下文中,将参见图1描述采用根据实施例的膏组分的太阳能电池的实例。图1是太阳能电池的剖视图。
参见图1,太阳能电池包括P型硅基板10,在其顶表面上设置有N型半导体11、电连接到N型半导体11的前电极12和电连接到P型硅基板10的背电极13。可以在N型半导体11的除了形成前电极12的区域之外的顶表面上形成抗反射层14。此外,在硅基板10的背电极13上形成BSF(背表面场)层15。
根据实施例的膏组分可以用于形成太阳能电池的背电极13。详细而言,将膏组分涂敷在硅基板10上,接着对膏组分进行干燥和烘烤,从而形成背电极13。例如,在80℃到200℃的温度下将膏组分干燥1到30分钟,接着通过快速热处理在700℃到900℃的温度下烘烤膏组分。
使用根据实施例的膏组分制造的背电极13表现出与硅基板10之间优良的粘合强度,从而即使背电极13被暴露在高温和高湿度条件下,背电极13也不会从硅基板10剥落。因此,可以提高太阳能电池的可靠性。此外,背电极13可以不包括铅(Pb)或仅包括少量铅(Pb),从而能够获得利于环境的太阳能电池。
此外,如果添加剂包括金属,则能够提高铝粒子的湿度特性,从而能够控制铝的扩散程度。因而,能够最佳地形成背表面场层15。
在下文中,将参照本公开的参考实施例来描述本公开。然而,实施例仅是为了说明的目的,本公开不限于实施例。
实施例1
通过将粘合剂溶解在溶剂中来制备有机载体。通过将二乙二醇丁醚醋酸酯与α松油醇混合来制备溶剂,并且将乙基纤维素粘合剂用作粘合剂。接着,将铝粉末(导电粉末)和硅油(添加剂)加入到有机载体中并与有机载体混合。在将混合物熟化12小时之后,使用三辊研磨机将熟化的混合物二次混合并分散。接着,对混合物进行过滤并去除泡沫,从而制备了铝膏组分。此时,膏组分包括重量百分比为26%的有机载体、重量百分比为73%的铝粉末以及重量百分比为1%的硅油。
通过丝网印刷方法将膏组分涂敷在厚度为200μm的硅基板上,接着在200℃的温度下将膏组分干燥2分钟。之后,膏组分在900℃的温度下受到30秒的快速热处理,从而形成背电极。
实施例2
除了膏组分包括重量百分比为25%的有机载体、重量百分比为73%的铝粉末以及重量百分比为2%的硅油之外,通过与实施例1的方法相同的方法来制造背电极。
实施例3
除了膏组分包括重量百分比为24%的有机载体、重量百分比为73%的铝粉末以及重量百分比为3%的硅油之外,通过与实施例1的方法相同的方法来制造背电极。
实施例4
除了膏组分包括重量百分比为23%的有机载体、重量百分比为73%的铝粉末以及重量百分比为4%的硅油之外,通过与实施例1的方法相同的方法来制造背电极。
实施例5
除了膏组分包括重量百分比为23%的有机载体、重量百分比为73%的铝粉末、重量百分比为1%的硅油以及重量百分比为3%的PbO-SiO2-B2O玻璃粉之外,通过与实施例1的方法相同的方法来制造背电极。
实施例6
除了膏组分包括重量百分比为22%的有机载体、重量百分比为73%的铝粉末、重量百分比为4%的硅油以及重量百分比为1%的PbO-SiO2-B2O玻璃粉之外,通过与实施例1的方法相同的方法来制造背电极。
实施例7
将铜代替硅油来用作添加剂。除了膏组分包括重量百分比为22%的有机载体、重量百分比为73%的铝粉末、重量百分比为2%的铜以及重量百分比为3%的PbO-SiO2-B2O玻璃粉之外,通过与实施例1的方法相同的方法来制造背电极。
实施例8
除了将Mg代替铜来用作添加剂之外,通过与实施例7的方法相同的方法来制造背电极。
实施例9
除了将Ni代替铜来用作添加剂之外,通过与实施例7的方法相同的方法来制造背电极。
比较实例
除了膏组分包括重量百分比为24%的有机载体、重量百分比为73%的铝粉末以及重量百分比为3%的PbO-SiO2-B2O玻璃粉之外,通过与实施例1的方法相同的方法来制造背电极。
关于通过实施例1到9和比较实例制造的背电极,已经执行了铝表面阻抗、BSF层的阻抗、翘曲特性以及气泡实验,并且在表1中示出结果。通过在水中放入形成有背电极的硅基板(其在具有80℃温度的加热板上隔水煮),并且观察一分钟内产生的气泡量,来执行气泡实验,并且根据空气的量将结果分类为良好、正常以及差。
表1
参见表1,采用添加剂的实施例1到9中的气泡实验的结果是正常或者良好,但是比较实例中的气泡实验的结果是差。详细而言,如果采用了添加剂,则背电极的烧结密度提高,从而背电极可能不会从硅基板剥落。具体地,在实施例1到4的情况下,尽管在膏组分中不包括玻璃粉,然而气泡实验的结果也是正常或良好。
在采用包括金属的添加剂的实施例7到9的情况下,晶片的翘曲特性良好,BSF层的阻抗降低,并且气泡实验的结果良好。
在表2中示出包括根据实施例4、5、9以及比较实例的背电极的太阳能电池的填充因子(FF)和效率。
表2
填充因子[%] | 效率(基于比较实例=1) | |
实施例4 | 0.741 | 0.98 |
实施例5 | 0.742 | 0.96 |
实施例9 | 0.751 | 1.02 |
比较实例 | 0.74 | 1 |
从表2中能够理解,包括根据实施例4、5、9的背电极的太阳能电池具有与比较实例近似的填充因子和效率。具体地,在实施例4的情况下,尽管在膏组分中不使用玻璃粉,然而填充因子和效率与比较实例的填充因子和效率也近似。
说明书中所涉及的“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”等,其含义是结合实施例描述的特定特征、结构或特性均包括在本发明的至少一个实施例中。说明书中出现于各处的这些短语并不一定都涉及同一个实施例。此外,当结合任何实施例描述特定特征、结构或特性时,都认为其落在本领域技术人员结合其它实施例就可以实现这些特征、结构或特性的范围内。
虽然参考本发明的多个示例性实施例而对实施例进行了描述,但应理解的是,本领域普通技术人员可以推导出落在此公开原理的精神和范围内的大量的其它变化和实施例。更具体地,可以在此公开、附图以及所附权利要求书的范围内对组件和/或主要组合设置中的设置进行各种改变与变化。除了组件和/或设置的改变与变化之外,其他应用对本领域技术人员而言也是显而易见的。
Claims (12)
1.一种太阳能电池的背电极的膏组分,所述膏组分包括:
导电粉末;
有机载体;以及
包括硅或金属的添加剂。
2.根据权利要求1所述的膏组分,其中,所述添加剂包括从由硅、硅油、硅树脂、醋酸硅、氮化硅、氧化硅以及碳化硅组成的组中选择的至少一种。
3.根据权利要求2所述的膏组分,其中,所述硅油包括从由二甲基硅油、甲基苯基硅油、环聚二基甲硅氧烷以及改性硅油组成的组中选择的至少一种。
4.根据权利要求2所述的膏组分,其中,所述硅树脂具有硅氧烷键。
5.根据权利要求1所述的膏组分,其中,所述添加剂包括从由Cu、Mg、Ni和包括Cu、Mg、Ni之一的合金组成的组中选择的至少一种。
6.根据权利要求5所述的膏组分,其中,所述合金包括从由金属氧化物和金属添加剂盐组成的组中选择的至少一种。
7.根据权利要求1所述的膏组分,其中,所述添加剂具有范围从1到10μm的平均粒径。
8.根据权利要求1所述的膏组分,其中,所述膏组分包括重量百分比从50%到90%的导电粉末、重量百分比从10%到50%的有机载体、重量百分比从0.1%到20%的添加剂以及重量百分比从0%到20%的玻璃粉。
9.根据权利要求7所述的膏组分,其中,所述膏组分为无玻璃粉的膏组分。
10.根据权利要求8所述的膏组分,其中,所述膏组分为无铅的膏组分。
11.根据权利要求1所述的膏组分,其中,所述导电粉末包括铝粉末。
12.一种太阳能电池,包括使用根据权利要求1到10之一的膏组分制造的背电极。
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