CN103578599A - 银浆及其用于制造光伏组件的用途 - Google Patents
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Abstract
本发明是银浆及其用于制造光伏组件的用途。是一种银浆，包含有机载体、含铅玻璃粉末以及银粉末。特别地，本发明的银浆并且包含重量百分比为约0.01-2的氧化碲粉末。
Description
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。
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奥姆接触的金属电极。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)运用在硅基太阳能电池的电极的行程，共烧技术则只需执行一次烧结程序，即同时形成具有良好的奥姆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。
然而，现有应用在制造光伏组件的电极的银浆，其烧结温度不高(低于700℃)，导致银浆烧结制成的正面电极的耐候性低，降低光伏组件的使用寿命。银浆在高温(高于700℃)烧结若具有稳定性，其烧结制成的正面电极的耐候性高，不致降低光伏组件的使用寿命。
发明内容
因此，本发明所欲解决的技术问题在于提供一种银浆及其用于制造光伏组件的用途。本发明的银浆用于制造光伏组件的正面电极时，在高温烧结制程过程具有稳定性。
本发明的一较佳具体实施例的一种银浆，包含有机载体(organicvehicle)、含铅玻璃粉末(glass frit)以及银粉末(silver powder)。特别地，本发明的银浆并且包含重量百分比为约0.01-2的氧化碲粉末，藉此，让本发明的银浆用于制造光伏组件的正面电极时，在高温烧结制程过程具有稳定性。
在一具体实施例中，有机载体占本发明的银浆的重量百分比为约1-10，含铅玻璃粉末占本发明的银浆的重量百分比为约1-5，氧化碲粉末占本发明的银浆的重量百分比为约0.01-2，以及银粉末占本发明的银浆的重量百分比的其余部分。
在一具体实施例中，含铅玻璃粉末为PbO、PbO-SiO2或PbO-B2O3玻璃粉末。
在一具体实施例中，有机载体包含约10wt.%的固态纤维素聚合物以及约90wt.%的松油醇。
本发明的一较佳具体实施例的一种制造光伏组件的方法首先是先制备半导体结构组合，其中半导体结构组合包含至少一p-n接面并且具有正表面。接着，本发明的方法是选择性涂布并烘干本发明揭示的银浆在正表面上，以形成多条平行的第一导电条在正表面上。接着，本发明的方法是选择性涂布并烘干金属浆在正表面上，以形成至少一条与多条第一导电条垂直的第二导电条在正表面上。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，以形成正面电极在正表面上。
在一具体实施例中，半导体结构组合抗反射层。反射层提供该正表面。
在一具体实施例中，烧结多条第一导电条以及至少一条第二导电条的温度范围为约750-850℃。
在一具体实施例中，金属浆即为本发明揭示的银浆。
与先前技术相较，根据本发明的银浆用于制造光伏组件的正面电极时，在高温烧结制程过程具有稳定性。
关于本发明的优点与精神可以藉由以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。
附图说明
图1为根据本发明的方法所制造的光伏组件的顶视图。
图2为根据本发明的方法所制造的光伏组件的底视图。
图3A至图3D为示意地绘示根据本发明的一较佳具体实施例的制造如图1沿A-A线的剖面视图所示的光伏组件的方法。
图4为本发明揭示的银浆与其对照的银浆用于制造硅基太阳能电池的正面电极，电池制成后测得的光电转换效率。
图5为本发明揭示的银浆与其对照的银浆用于制造硅基太阳能电池的正面电极，电池制成后测得的填充因子。
主要组件符号说明:
1：光伏组件 10：半导体结构组合
101：结晶硅基材 102：正表面
104：背表面 106：p-n接面
108：钝化层 12：正面电极
122：网栅电极 122’：第一导电条
124：正面总线电极 124’：第二导电条
14：背面电极 14′：导电层
16a、16b：背面总线电极 16a′、16b′：第三导电条
18：抗反射层
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、含铅玻璃粉末以及银粉末。特别地，本发明的银浆并且包含重量百分比为约0.01-2的氧化碲粉末，氧化碲粉末并非含铅玻璃粉末的成分之一，而为无机添加剂。
在实际应用中，重量百分比为约0.01-2的氧化碲粉末是增进本发明的银浆在温度范围为约750-850℃下烧结的稳定性。
在一具体实施例中，有机载体占本发明的银浆的重量百分比为约1-10，含铅玻璃粉末占本发明的银浆的重量百分比为约1-5，氧化碲粉末占本发明的银浆的重量百分比为约0.01-2，以及银粉末占本发明的银浆的重量百分比的其余部分。
在一具体实施例中，含铅玻璃粉末为PbO、PbO-SiO2或PbO-B2O3玻璃粉末。
在一具体实施例中，有机载体包含约10wt.%的固态纤维素聚合物(solid cellulose polymer)以及约90wt.%的松油醇(Terpineol)。
请参阅图1、图2及图3A至图3D，图1是根据本发明的方法所制造光伏组件1(例如，硅基太阳能电池)的顶视图。图2是根据本发明的方法所制造光伏组件1的底视图。图3A至图3D是以截面视图绘示本发明的方法的一较佳具体实施例制造如第1图沿A-A线的剖面视图所示的光伏组件1的方法。
如图1及图2所示，根据本发明的方法所制造光伏组件1包含半导体结构组合10、正面电极12、背面电极14以及至少一背面总线电极(16a、16b)。半导体结构组合10具有正表面102以及背表面104。
正面电极12是形成在半导体结构组合10的正表面102上。如图1所示，正面电极12包含线宽较细的网栅电极(grid)122以及线宽较粗的至少一正面总线电极124。至少一正面总线电极124是沿图1中Y方向排列，且供光伏组件1串联时焊接之用。一般光伏组件1(例如，硅基太阳能电池)会有两条或三条正面总线电极124。
至少一背面总线电极(16a、16b)是形成在半导体结构组合10的该背表面104上，且供光伏组件1串联时焊接之用。在如图2所示的案例中，两条平行的背面总线电极(16a、16b)成对称排列，且沿图2中Y方向排列。
背电极14是形成在半导体结构组合10的背表面104上，且覆盖背表面104上形成至少一背面总线电极(16a、16b)以外的区域。
如图3A所示，本发明的方法，首先，是制备半导体结构组合10。半导体结构组合10包含至少一p-n接面106并且具有正表面102以及背表面104。根据本发明的方法所制造的光伏组件在使用过程，正表面102朝上，将面向太阳。为降低入射太阳光的反射率，如图3A所示，正表面102经粗纹化处理成粗糙表面为佳。
接着，如图3B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在半导体结构组合10的正表面102上，以形成多条平行的第一导电条122’在正表面102上。接着，本发明的方法是正表面102并烘干第一金属浆在正表面102上，以形成至少一条与多条第一导电条122’垂直的第二导电条124’。
在一具体实施例中，形成第二导电条124’的第一金属浆即为本发明揭示的银浆。
同样示在图3B，本发明的方法是在半导体结构组合10的背表面104上，涂布并烘干第二金属浆，以形成导电层14′。
在一具体实施例中，第二金属浆可以由铝、银、铜、金、铂、钯、铝合金、银合金、铜合金、金合金、铂合金、钯合金或其混合物形成的颗粒混合成的导电浆，或其它商用导电金属浆料。第二金属浆是由铝粉末混合成的导电浆料为佳。
同样示在图3B，本发明的方法是在半导体结构组合10的背表面104上，选择性涂布并烘干第三金属浆，以形成至少一条平行的第三导电条(16a′、16b′)在背表面104上。
在一具体实施例中，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、钯合金或其混合物形成的颗粒混合成的导电浆，或其它商用导电金属浆料。第三金属浆是由银颗粒与铝颗粒混合成的导电浆为佳。
最后，如图3C所示，本发明的方法是烧结多条第一导电条122’以及至少一条第二导电条124’，以形成正面电极12在正表面102上。也就是说，正面电极12是由经烧结的第一导电条122以及经烧结的第二导电条124所构成。经烧结的第一导电条120即为线宽较细的网栅电极122。经烧结的第二导电条124即为线宽较粗的正面总线电极124。本发明的方法并且烧结导电层14′，即烧结成背面电极14，并且烧结至少一条第三导电条(16a′、16b′)，即烧结成至少一背面总线电极(16a、16b)。正面电极12与背面电极14、至少一背面总线电极(16a、16b)可以分别烧结形成，也可以藉由共烧制程一次形成。
在一具体实施例中，烧结多条第一导电条122’以及至少一条第二导电条124’的温度范围为约750-850℃。
在一具体实施例中，半导体结构组合10包含p型态结晶硅基材101，并且在p型态结晶硅基材101的表面植布n型态掺杂以形成n型态区域。如第3A图所示，本发明的方法形成钝化层108覆盖该n型态区域，钝化层108提供正表面102。如图3D所示，本发明的方法进一步形成抗反射层18，抗反射层18覆盖钝化层108。在另一具体实施例中，反射层18提供正表面102。
在另一具体实施例中，半导体结构组合10包含n型态结晶硅基材101，并且在n型态结晶硅基材101的表面植布p型态掺杂以形成p型态区域。如图3A所示，本发明的方法形成钝化层108覆盖该p型态区域，钝化层108提供正表面102。如图3D所示，本发明的方法进一步形成抗反射层18，抗反射层18覆盖钝化层108。在另依具体实施例中，抗反射层18提供正表面102。
在另一具体实施例中，半导体结构组合10即为如美国专利公告号第5,935,344号所揭示的硅异质接面太阳能电池(silicon heterojunctionsolar cell)的结构。硅异质接面太阳能电池的结构请参考美国专利公告号第5,935,344号，在此不再赘述。
请参阅图4及图5，两种根据本发明揭示的银浆用于制造硅基太阳能电池(电池A、电池B)的正面电极且分别在810℃、830℃及860℃下烧结成正面电极，制成的电池A、电池B测得的光电转换效率(η)标示在图4中，制成的电池A、电池B测得的综合性评估指标-填充因子(fill factor,FF)标示在图5中。电池A、电池B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。用于电池A的本发明的银浆，其成分为：85wt.%银粉末、4.75wt.%含铅玻璃粉末、10wt.%有机载体以及0.25wt.%氧化碲粉末。用于电池B的本发明的银浆，其成分为：85wt.%银粉末、4.75wt.%含铅玻璃粉末、10wt.%有机载体以及0.25wt.%氧化碲粉末。
做为对照，两种不同于本发明的银浆用于制造硅基太阳能电池(电池C、电池D)的正面电极且分别在810℃、830℃及860℃下烧结成正面电极，制成的电池C、电池D测得的光电转换效率(η)标示在图4中，制成的电池C、电池D测得的填充因子(FF)标示在图5中。同样地，电池C、电池D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。用于电池C的银浆，其成分为：85wt.％银粉末、5wt.%含铅玻璃粉末以及10wt.%有机载体。用于电池D的银浆为市售银浆，其主要成分为：85wt.%银粉末以及5wt.%Si-Pb-O玻璃粉末。
从图4及图5的测试数据，可以清楚看出根据本发明的银浆用于电池A、电池B的正面电极，随着烧结温度的升高，光电转换效率及填充因子并不会下降太多。做为对照的银浆用于电池C、电池D的正面电极，随着烧结温度的升高，光电转换效率及填充因子会有明显的下降。足以证明，根据本发明的银浆用于制造光伏组件的正面电极时，在高温烧结制程过程具有稳定性。
藉由以上较佳具体实施例的详述，是希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所揭露的较佳具体实施例来对本发明的面向加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的专利范围的面向内。因此，本发明所申请的专利范围的面向应该根据上述的说明作最宽广的解释，以致使其涵盖所有可能的改变以及具相等性的安排。
Claims (9)
1.一种银浆，包含一有机载体、一含铅玻璃粉末以及一银粉末，其特征在于，所述银浆进一步包含重量百分比为约0.01-2的氧化碲粉末。
2.如权利要求1所述的银浆，其特征在于，其中所述有机载体占所述银浆的重量百分比为约1-10，所述含铅玻璃粉末占所述银浆的重量百分比为约1-5，所述氧化碲粉末占所述银浆的重量百分比为约0.01-2，以及所述银粉末占所述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，其中所述含铅玻璃粉末为PbO、PbO-SiO2或PbO-B2O3玻璃粉末。
4.如权利要求3所述的银浆，其特征在于，其中所述有机载体包含约10wt.%的固态纤维素聚合物以及约90wt.%的松油醇。
5.一种制造一光伏组件的方法，其特征在于，包含下列步骤：
制备一半导体结构组合，该半导体结构组合包含至少一p-n接面且具有一正表面；
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所述正表面上，以形成多条平行的第一导电条在所述正表面上；
选择性涂布并烘干一金属浆在所述正表面上，以形成至少一条与所述多条第一导电条垂直的第二导电条在所述正表面上；以及
烧结所述多条第一导电条以及所述至少一条第二导电条，以形成一正面电极在所述正表面上。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，其中所述半导体结构组合并且包含一抗反射层，所述反射层提供所述正表面。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，其中半导体结构组合并且包含一钝化层，所述钝化层提供所述正表面。
8.如权利要求5所述的方法，其中烧结所述多条第一导电条以及所述至少一条第二导电条的温度范围为约750-850℃。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述金属浆是如权利要求1至4中任一项所述的银浆。
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