CN103582916A - 用于形成电极的银浆料组合物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于形成电极的银浆料组合物及其制备方法，该组合物能够形成显示出更加改善的适印性、优异的电性能和能量转换效率的太阳能电池用电极。所述用于形成电极的银浆料组合物包含银粉、玻璃粉、有机粘合剂和炭黑，其中所述炭黑的表面氧/碳原子比(O/C比)为0.4或高于0.4。

Description

用于形成电极的银浆料组合物及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种用于形成电极的银浆料组合物及其制备方法。更具体而言，本发明涉及一种用于形成电极的银浆料组合物及其制备方法、由该银浆料组合物形成的太阳能电池用前电极以及硅太阳能电池，所述组合物能够形成显示出更加改善的适印性、优异的电性能和能量转换效率的太阳能电池用电极。
背景技术
近来，随着电子工业的发展，对于电子产品和装置的小型化和高可靠性存在需求。为了满足这些需求，已经进行了多种尝试来形成要求高集成度的电子产品的电路图案或电极。在这种情况下，导电金属浆料的使用成为关注的焦点，因为其在工艺过程中几乎不产生副产品或污染物。
典型的金属浆料包含导电金属、玻璃粉以及有机粘合剂，而所述导电金属包括银、铝等。当前，导电金属浆料主要用于安装混合IC或半导体IC，或用于形成各种电容器或电极，最近，其应用范围已扩展至诸如PCB、EL、触摸板、RFID、LCD、PDP或太阳能电池的高技术电子产品。随着相关工业的扩展和发展，对于导电金属浆料的需求也在增加。
特别是，由于诸如石油或木炭的常规能源预计将会耗尽，对于替代能源的关注正在增加。在替代能源中，太阳能电池由于能源丰富且不造成环境污染而成为了关注的目标。
太阳能电池分为两类：太阳能热电池，其利用太阳能的热量来产生驱动涡轮机所需的蒸汽；以及太阳能光电池，其利用半导体的性质而将光子转化为电能。通常而言，以太阳能光电池(下文中称作太阳能电池)作为太阳能电池的代表。
太阳能电池根据原料大体分为硅太阳能电池、化合物半导体太阳能电池以及串联太阳能电池。在这三种太阳能电池中，硅太阳能电池引领着太阳能电池市场。
图1为显示了硅太阳能电池的基本结构的横截面视图。参见图1，硅太阳能电池包括由p型硅半导体组成的基板101，以及由n型硅半导体组成的发射极层102。p-n结以与二极管相似的方式在基板101与发射极层102之间的界面处形成。此外，图2是显示了太阳能电池结构中前电极的构造的示意图。如图2中所示，银电极主要作为前电极在太阳能电池的基板的前表面上形成，而铝电极和银电极作为背电极在基板的背表面上形成。就此而言，在形成太阳能电池时，所述前电极穿过抗反射膜与所述发射极层(图中未示)连接。
当太阳光入射到上述结构的太阳能电池上时，由于光伏效应，在掺杂了杂质的硅半导体中产生电子和空穴。作为参考，在由n型硅半导体组成的发射极层102中产生电子作为多个载流子，而在由p型硅半导体组成的基板101中产生空穴作为多个载流子。由光伏效应产生的电子和空穴被引向n型硅半导体和p型硅半导体，并分别向发射极层102上的前电极103以及位于基板101下方的背电极104移动。然后，这些电极103、104通过导线连接，从而有了电流的流动。
除了如上所述的各种其它电子产品的电极以外，导电金属浆料用于形成太阳能电池中的前电极或背电极。商品化的晶体硅太阳能电池的前电极是通过丝网印刷法形成的。为了通过上述过程进一步提高能量转换效率，应该使前银电极与硅发射极层之间的接触性质更为改善。为了提高前电极的导电性，应当形成线宽更细且线高更高的前电极。此外，为了改善太阳能电池的填充因子，应该使第一电极中包含的银在太阳能电池的发射极层上稳定地再结晶。
然而，当使用已知的银浆料形成前电极时，难以充分改善前银电极与硅发射极层之间的接触性质，而且在形成线宽更细且线高更高的前电极方面存在限制。因此，对于太阳能电池能量转换效率的改善存在着局限。特别是，新近的研究都集中在对于能量转换效率即使是0.1%的提高上。
发明内容
技术问题
本发明提供一种用于形成电极的银浆料组合物及其制备方法，所述银浆料组合物能够形成显示出更加改善的适印性以及优异的电性能和能量转换性能的太阳能电池用电极。
另外，本发明提供一种由所述银浆料组合物形成的太阳能电池用前电极以及硅太阳能电池。
技术方案
本发明提供一种用于形成电极的银浆料组合物，包含：银粉、玻璃粉、有机粘合剂和炭黑，其中所述炭黑的表面氧/碳原子比(O/C比)为约0.4或高于约0.4，例如为约0.4至0.45。
另外，本发明提供一种制备所述用于形成电极的银浆料组合物的方法，包括如下步骤：制备包含银粉、玻璃粉、有机粘合剂和表面氧/碳原子比(O/C比)为约0.4或高于约0.4且直径为1至5μm的二级粒子型炭黑的银浆料混合物；和使所述银浆料混合物进行分散。
另外，本发明提供一种太阳能电池用前电极，其由上述银浆料组合物形成。
另外，本发明提供一种硅太阳能电池，包括：硅半导体基板；在所述基板上形成的发射极层；在所述发射极层上形成的抗反射膜；穿过所述抗反射膜与所述发射极层连接的前电极；和与所述基板的背表面连接的背电极，其中，所述前电极通过将上述银浆料组合物以预定图案涂布在所述抗反射膜上，并烧结该银浆料组合物而形成。
有益效果
本发明的用于形成电极的银浆料组合物包含具有特定物理性质的炭黑，在印刷所述组合物而形成太阳能电池用电极时，该炭黑使得银与硅之间的接触性质更为改善。此外，该银浆料组合物显示出优异的适印性，并能够形成线宽更细且线高更高的太阳能电池用电极。
因此，本发明的银浆料组合物可以用于形成电性能和能量转换性能更为改善的太阳能电池，并可以用于有效形成其电极。
附图说明
提供下面的附图以举例说明本发明的优选实施方案或实施例，并结合下文中对于本发明的详细描述，提供对于本发明范围更进一步的理解。因此，这些附图并非用来限制本发明，且本发明的范围将只由所附的权利要求书来进行限定。
图1为显示了典型硅太阳能电池的示意性结构的横截面视图；
图2为根据一个实施方案的使用用于形成前电极的银浆料组合物所制造的太阳能电池的示意图；
图3为使用实施例1和比较例1的银浆料组合物所制造的太阳能电池用前电极的电子显微镜像，各个立体图像均于最佳视角下拍摄；
图4a为通过XPS分析比较例1中所使用的炭黑的曲线图；
图4b为通过XPS分析实施例1中所使用的炭黑的曲线图；
图5为显示了实施例1和比较例1的太阳能电池之间在能量转换(光转换)效率上的比较情况的曲线图。
具体实施方式
下文中，将更详细地描述根据本发明实施方案的用于形成电极的银浆料组合物、其制备方法以及由该组合物形成的电极和太阳能电池。
根据本发明的一个实施方案，提供一种用于形成电极的银浆料组合物，包含：银粉、玻璃粉、有机粘合剂和炭黑，其中所述炭黑的表面氧/碳原子比(O/C比)为约0.4或高于约0.4。
一个实施方案的银浆料组合物包含表面氧/碳原子比为约0.4或高于约0.4，例如为约0.35至0.50、约0.4至0.45或约0.41至0.44的炭黑。氧/碳原子比可以通过炭黑表面的XPS(X射线光电子能谱)谱图中原子氧峰与碳峰(氧原子：O1s峰；碳原子：C1s峰)的相对强度来测量和检查。
所述组合物包含氧/碳原子比相对较高的炭黑，在通过印刷和烧结该银浆料组合物而形成太阳能电池用前电极时，使得银与基板的硅之间的接触性质更为改善。这是因为具有特定性质的炭黑能够使玻璃粉在烧结时在银粉表面上有效地熔融，从而使得银粒子在较低温度下熔融并扩散进入发射极层中。结果是，在烧结时发生更为稳定的烧透(fire-through)，从而更加改善银与硅之间的接触性质并在基板与前电极之间形成稳定的欧姆接触。因此，使太阳能电池的填充因子得到提高，并可以提供电性能和能量转换性能更为改善的太阳能电池。
另外，一个实施方案的银浆料组合物由于包含上述炭黑而改善了其流变特性。故而可以通过丝网印刷法对其适印性进行更多改善，并可以有效形成线宽更细且线高更高的电极。因此，具有更优异性能的硅太阳能电池及其前电极可以使用一个实施方案的银浆料组合物来有效地形成。
如果炭黑的表面氧/碳原子比过低，则与已知太阳能电池及其前电极相类似，难以对太阳能电池的电性能和能量转换效率进行改善。此外，如果炭黑的表面氧/碳原子比过高，则使银浆料的流变特性发生不适宜于丝网印刷的劣化，而且在进行形成电极的烧结时烧透变得不稳定，且难以使填充因子得到提高。
下文中，将对一个实施方案的银浆料组合物中的每种组分进行更详细的描述。
在所述银浆料组合物中，所述炭黑可以为通过多个初级粒子粘附或聚集而形成的二级颗粒的形态。此外，该炭黑的直径可以为约0.02至2μm，或约0.03至1μm，或约30至800nm。就此而言，炭黑的初级粒子可以定义为单一粒子形态的炭黑粒子，而二级粒子可以由炭黑的多个单一粒子(即初级粒子)粘附或聚集来定义。在所述二级粒子型炭黑中，直径可以由每个二级粒子表面上任意两点间的最大直线距离来定义。二级粒子型炭黑的直径可以通过利用SEM图像对该炭黑进行分析来确定。
如果在上述银浆料组合物中包含的炭黑为初级粒子形态或者直径过小，则难以制备粘度在合适范围内的银浆料组合物，且可能降低银浆料组合物的适印性和加工性能。如果炭黑的直径过大，则这些炭黑不会在银浆料组合物中充分分散，而是以大的聚集体的形式包含于其中。因而，难以通过炭黑来改善所述银浆料组合物的电性能，并且可能降低其适印性。
为了在一个实施方案的银浆料组合物中包含具有上述二级粒子形态和直径的炭黑，使炭黑的初级粒子聚集形成炭黑的二级粒子(购买或直接合成)，并将所得炭黑与其它组分混合而形成银浆料混合物，然后将各组分分散，在分散过程的同时对炭黑二级粒子进行精细研磨，上述方法将在下文中进行更为详细的描述。为了制备出具有合适的表面氧/碳原子比的炭黑，使炭黑进行表面热处理、表面等离子体处理或表面酸处理，从而对炭黑表面上所产生的含氧官能团的量进行控制。在下面关于银浆料制备方法的描述中，将提供对于炭黑处理过程的更为详细的描述。
基于所述银浆料组合物的总重量，所述炭黑的含量可以为约1至10重量%、或约2至8重量%、或约3至7重量%。如果炭黑的含量过低，则银浆料组合物的触变指数(T.I)可能较低而使适印性或加工性能下降，并且可能无法获得足够的由所述炭黑引起的电性能改善。相反，如果炭黑的含量过高，则在丝网印刷过程中可能造成适印性或加工性能下降，并可能发生掩模阻塞。
同时，一个实施方案的银浆料组合物包含银粉作为导电粉末。在所述银浆料组合物中，可以鉴于在进行形成电极的烧结时使得烧透稳定发生并使得最终烧结均匀进行的条件，对银粉的粒子形态和直径进行调节。例如，所述银粉可以包含诸如小片状的非球形银粉，但是优选包含平均直径为约1至3μm或约2至3μm的球形银粉。
如果银粉的平均直径过小，则欧姆接触可能发生得不够充分。如果银粉的平均直径过大，则银浆料组合物的粘度变低，从而无法充分增加电极的线高。
另外，基于所述银浆料组合物的总重量，所述银粉的含量可以为约70至90重量%或约75至85重量%。如果银粉的含量过高，则可能使银浆料组合物的流动性和适印性劣化。如果银粉的含量过低，则电极的电阻可能增加而使电性能劣化。
另外，一个实施方案的银浆料组合物包含玻璃粉。所述玻璃粉在烧结时熔融在所述银粉的表面上，并起到使银与基板的硅之间形成接通的作用。
可以使用通常用于形成电极的浆料的任何玻璃粉作为所述玻璃粉而没有限制。所述玻璃粉可以包括，例如，含有PbO的含铅玻璃粉或不含Pb的Bi类无铅玻璃粉。然而，为了更多地改善电极的性能，例如银与硅之间的接触性质，可以更优选使用所述含铅玻璃粉。
所述含铅玻璃粉的实例可以包括PbO-ZnO-Al2O3-TiO2、PbO-SiO2-B2O3、PbO-SiO2-B2O3-ZnO或PbO-SiO2-B2O3-Al2O3-ZnO，而所述无铅玻璃粉的实例可以包括Bi2O3-B2O3-SiO2、Bi2O3-B2O3-ZnO或Bi2O3-TlOx-B2O3-SiO2。此外，可以使用各种玻璃粉及其两种或更多种的混合物，或者可以使用上述含铅玻璃粉和无铅玻璃粉的混合物。
同时，一个实施方案的银浆料组合物包含有机粘合剂。在通过混合上述银粉、玻璃粉和炭黑而进行的浆料制备中，出于使这些组分均匀分散的目的而使用了所述有机粘合剂。可以使用通常用于制备导电浆料组合物的任何有机粘合剂作为所述有机粘合剂而没有限制。例如，所述有机粘合剂可以包括选自纤维素树脂、丙烯酸类树脂、丁基卡必醇和松油醇中的两种或更多种的混合物而并不局限于此。例如，所述有机粘合剂可以通过将乙基纤维素或丙烯酸类树脂溶解在选自丁基卡必醇和松油醇中的一种或多种有机溶剂中来使用。
另外，可以在适当范围内对上述玻璃粉和有机粘合剂的含量进行调节，从而使一个实施方案的银浆料组合物具有适合于丝网印刷和形成电极的粘度和性质，并使该组合物的流动性获得优化而形成线高更高的电极。
例如，基于所述银浆料组合物的总重量，所述玻璃粉的含量可以为约1至5重量%或约2至3重量%。如果所述有机粘合剂为树脂溶解于有机溶剂中的形式，则基于所述银浆料组合物的总重量，该液体有机粘合剂的含量可以为约5至15重量%或约8至12重量%。就此而言，对用于制得所述液体有机粘合剂的树脂和有机溶剂的含量没有特别限制，但其含量应可以使所述树脂能够被适当溶解，并使得所制的液体有机粘合剂能够适当分散其它组分。
可选地，一个实施方案的银浆料组合物还可以包含添加剂。如有必要，除上述银粉以外，所述银浆料组合物还可以包含，例如，导电金属粒子、消泡剂、分散剂或增塑剂。以上各种添加剂的种类或含量已为本领域的技术人员所熟知，而且如有必要，所述银浆料组合物还可以包含有机溶剂。
上述一个实施方案的银浆料组合物可以显示出约100,000至400,000cP或约200,000至300,000cP的粘度(布氏粘度计，14号转子，测量温度25℃，转速10rpm)。由于所述银浆料组合物具有以上粘度，因此其表现出更优异的适印性。另外，该银浆料组合物可以用于形成线宽更细且线高更高的电极。
同时，根据本发明的另一个实施方案，提供一种上述银浆料组合物的制备方法。该制备方法可以包括如下步骤：制备包含所述银粉、所述玻璃粉、所述有机粘合剂和所述表面氧/碳原子比(O/C比)为约0.4或高于约0.4且直径为1至5μm的二级粒子型炭黑的银浆料；和使所述银浆料进行分散。
另外，所述制备方法在制备所述浆料前还可以包括如下步骤：通过对直径为约20至50nm的初级粒子型炭黑进行表面处理，形成表面氧/碳原子比(O/C比)为约0.4或高于约0.4的炭黑；和使表面处理后的炭黑聚集，制备直径为约1至5μm的所述二级粒子型炭黑。
在通过对所述初级粒子型炭黑进行表面处理而制备表面氧/碳原子比(O/C比)为约0.4或高于约0.4的炭黑后，使所制炭黑聚集，制得所述二级粒子型炭黑，然后将该二级粒子型炭黑与其它组分混合，并进行研磨和分散，从而有效地制备出表现出优异的适印性、电性能和能量转换性能的银浆料组合物。
对另一个实施方案的银浆料组合物的制备方法的各个步骤描述如下。
首先，在炭黑的表面处理中，对购得的初级粒子型炭黑进行热、等离子体或酸表面处理，从而增加暴露在炭黑表面上的氧原子的数目。就此而言，所述初级粒子型炭黑的直径可以为约20至50nm或约20至30nm。在进行适当的表面处理后，将其聚集成二级粒子型炭黑。
在上述的炭黑表面处理中，例如，将炭黑置于超音速等离子体处理装置中，然后可以通过施加约5至20W的电功率，将等离子体表面处理进行约100至130分钟或约110至120分钟；或者将炭黑置于加热炉中，然后可以在约600至1000℃或约700至900℃的温度下，将热表面处理进行约10分钟至1小时或约20至50分钟。
就此而言，所述初级粒子型炭黑的BET比表面积可以为约100至200m2/g或约100至150m2/g，使用该初级粒子型炭黑进行适当的表面处理，从而制备出满足上述氧/碳原子比的炭黑。此外，满足上述条件使得炭黑能够更好地分散在最终的银浆料组合物中，并使得银浆料组合物能够显示出更为改善的适印性。
在上述表面处理后，使所制初级粒子型炭黑聚集，制备直径为约1至5μm或约2至4μm的二级粒子型炭黑。这种聚集可以按照公知方法在预定溶剂中进行。在进行聚集后，将所制二级粒子型炭黑与其它组分混合，制备浆料混合物，并通过研磨和分散而制得银浆料组合物。最终，对于所制得的银浆料组合物的粘度调节更为容易，且该银浆料组合物可以具有更为改善的适印性和加工性能。
随后，将所述二级粒子型炭黑与其它组分诸如银粉、玻璃粉、有机粘合剂等进行混合，从而形成银浆料混合物。将此银浆料混合物分散，制备出银浆料组合物。
就此而言，可以在典型的混合器中对各种组分进行混合，将这些组分加入所述混合器中并适当混合。
通过上述分散过程，可以将所述炭黑的直径调节至约0.02至2μm、约0.03至1μm或约30至800nm，并使该炭黑中包含的各种组分均匀地分散，从而制备出一个实施方案的银浆料组合物。通过该分散过程，还可以使所述银浆料组合物的流变特性以及粘度和粘合性获得改善。因此，所制得的一个实施方案的银浆料组合物用于制备线宽更细且线高更高的电极。并且，该银浆料组合物显示出更为改善的适印性和加工性能。
上述分散过程可以使用3辊辊磨机、球磨机或锤磨机重复三至六次来进行，但并不局限于此。
同时，根据又另一个实施方案，提供一种由上述银浆料组合物形成的太阳能电池用前电极，以及包括该前电极的硅太阳能电池。所述硅太阳能电池包括：硅半导体基板；在所述基板上形成的发射极层；在所述发射极层上形成的抗反射膜；穿过所述抗反射膜与所述发射极层连接的前电极；和与所述基板的背表面连接的背电极，其中，所述前电极通过将上述一个实施方案的银浆料组合物以预定图案涂布在所述抗反射膜上，并烧结该银浆料组合物而形成。
就此而言，由于所述前电极使用一个实施方案的银浆料组合物形成，因此所述硅太阳能电池包括具有如下图案的前电极，该图案具有约60至90μm、或约70至80μm、或约60至70μm的较细线宽，以及20至35μm、或约25至30μm、或约20至25μm的较高线高。由于上述较高的线高，使得所述前电极的电阻可以被减小，而且其电性能可以获得改善。
如上所述，由于本发明的电极是使用包含炭黑的银浆料组合物形成的，所述炭黑满足预定的物理性质(例如表面氧/碳原子比，或者适当的粒子形态或直径范围)，因此本发明的太阳能电池具有在前电极的银与发射极层的硅之间更为改善的接触性质，从而显示出优异的能量转换效率。
同时，使用所述银浆料组合物形成前电极可以包括如下过程：以预定图案在基板上印刷所述银浆料组合物，和烧结该银浆料组合物。
就此而言，所述基板可以包括抗反射膜和发射极层。此外，该基板可以是在典型半导体装置的制造中使用的基板，例如可以合适地使用硅基板。
一个实施方案的银浆料组合物可以应用丝网印刷法、刮刀印刷法、胶版印刷法或喷墨印刷法来进行印刷，优选应用丝网印刷法。
另外，在进行上述印刷过程后，可以在约700至900℃或约750至850℃的较宽峰值温度范围内将所述银浆料组合物烧结约30秒至1分钟，以使银粉在发射极层上稳定地再结晶。通过所述烧结过程，可以去除炭黑和有机粘合剂，并将玻璃粉熔融在银粉的表面上，从而使烧透和欧姆接触得以发生，以形成显示出优异接触性质的前电极。
包括本发明的前电极的硅太阳能电池的示意性结构示于图2中。参见图2，所述硅太阳能电池可以包括硅基板201、在基板201上形成的发射极层(未显示)、在所述发射极层上形成的抗反射膜202、穿过抗反射膜202与所述发射极层上表面连接的前电极203、和与基板201背表面连接的背电极205。此外，可以在上述背电极与基板之间的界面处形成p+背面场(BSF)层204，且所述背电极可以包括预定的银电极图案206。
可以用周期表中的IIIA族元素例如B、Ga和In作为p型杂质对上述基板201进行掺杂。所述发射极层可以用周期表中的VA族元素例如P、As和Sb作为n型杂质来进行掺杂。当用如上所述的相反导电类型的杂质掺杂基板201和发射极层时，在基板201与发射极层之间的界面处形成p-n结。同时，所述p-n结可以在用n型杂质掺杂的基板201与用p型杂质掺杂的发射极层之间的界面处形成。
抗反射膜202将所述发射极层表面上或层体中存在的缺陷(例如悬空键)钝化，并减少基板201前表面上的入射光。如果发射极层的缺陷被钝化，则会移除疏水性载流子复合位置(recombination site)而使太阳能电池的开路电压提高。当太阳光反射比下降时，到达p-n结的光量增加，因而太阳能电池的短路电流增大。因此，所述太阳能电池的转换效率的提高程度与该太阳能电池通过反射膜202而产生的开路电压和短路电流的增大程度是相当的。
上述抗反射膜202可以具有例如选自氮化硅膜、含氢氮化硅膜(SiNx)、二氧化硅膜、氮氧化硅膜、MgF2、ZnS、MgF2、TiO2和CeO2中两种或更多种材料的单层或多层结构，但并不局限于此。抗反射膜202可以通过真空沉积、化学气相沉积、旋转涂布、丝网印刷或喷雾涂布来形成。然而，根据本发明的形成抗反射膜202的方法并不局限于此。
前电极203和背电极205分别为由银和铝制成的金属电极。前电极203可以使用一个实施方案的银浆料组合物来形成。背电极205可以使用典型用于背电极的铝浆料组合物和银浆料组合物来形成。
上述前电极203和背电极205可以通过多种公知技术来形成，但优选采用丝网印刷法形成。具体而言，前电极203通过采用丝网印刷法，将上述一个实施方案的银浆料组合物涂布在前电极形成区域上并进行热处理来形成。然后，将所形成的前电极利用穿过抗反射膜202的穿通(或烧透)而与发射极层202连接。
相似地，背电极205通过采用丝网印刷法，将包含铝、硅石英和有机粘合剂的用于背电极的铝浆料组合物涂布在基板201的背表面上并进行热处理来形成。在所述热处理过程中，使构成该电极的铝穿过基板201的背表面分散，从而可以在背电极205与基板201之间的界面处形成背面场层204。该BSF层防止载流子移至基板201的背表面以及与基板201复合，从而提高太阳能电池的开路电压和保真度并改善其转换效率。此外，在使用上述铝浆料组合物形成铝电极时，可以采用典型的沉积法或丝网印刷法，以预定图案形成Ag背垫作为背银电极图案206。
下文中，将通过本发明的具体实施例更详细地说明本发明的作用和效果。然而，这些实例仅为本发明的举例说明，且不应将本发明的范围解释为受到这些实施例的限定。
<实施例1>
首先，将直径为20至30nm的初级粒子型炭黑(产品名：MA100；BET比表面积：约100m2/g)置于超音速等离子体处理装置中，并在10W的电功率下进行表面热处理120分钟，形成表面氧/碳原子比(O/C比)为0.42的炭黑。如实验例2中所述，氧/碳原子比通过炭黑的XPS谱图中原子氧峰与碳峰(氧原子：O1s峰；碳原子：C1s峰)的相对强度来测量和检查。
随后，使所制得的初级粒子型炭黑聚集，形成直径为1至5μm的二级粒子型炭黑。
将80重量%的平均直径为1至3μm的球形银粉、3重量%的玻璃粉(平均直径为10μm的Bi2O3-B2O3-SiO2)和11.5重量%的通过将10g有机粘合剂(乙基纤维素)溶解在61g丁基卡必醇中而制得的粘合剂溶液进行混合，并将5.5重量%的以上二级粒子型炭黑与上述混合物进行混合，制备银浆料。然后，利用3辊辊磨机使所制银浆料中的粒子分散，制得包含直径为约100nm至1μm的二级粒子型炭黑的银浆料组合物。最终的银浆料组合物的粘度为250,000cP。
<实施例2>
以与实施例1中所述的相同方式制备银浆料组合物，不同之处在于：使用包含PbO且平均直径为10μm的PbO-ZnO-Al2O3-TiO2作为玻璃粉。发现该银浆料组合物中的炭黑为直径约200nm至800nm的二级粒子形态。最终的银浆料组合物的粘度为260,000cP。
<实施例3>
以与实施例1所述的相同方式制备银浆料组合物，不同之处在于：使用2.7重量%的包含PbO且平均直径为10μm的PbO-ZnO-Al2O3-TiO2作为第一玻璃粉并使用0.3重量%的平均直径为10μm的Bi2O3-TlOx-B2O3-SiO2作为第二玻璃粉。发现该银浆料组合物中的炭黑为直径约400nm至1.2μm的二级粒子形式。最终的银浆料组合物的粘度为230,000cP。
<实施例4>
以与实施例1中所述的相同方式制备银浆料组合物，不同之处在于：使用80重量%的平均直径为2至3μm的球形银粉作为银粉。发现该银浆料组合物中的炭黑为直径约300nm至900nm的二级粒子形式。最终的银浆料组合物的粘度为270,000cP。
<实施例5>
首先，将直径为20至30nm的初级粒子型炭黑(产品名：MA77；BET比表面积：约100m2/g)置于加热炉中，并在800℃下进行热处理30分钟，形成表面氧/碳原子比(O/C比)为0.41的炭黑。随后，以与实施例1中所述的相同方式制备银浆料组合物。发现该银浆料组合物中的炭黑为直径约300nm至1μm的二级粒子形态。最终的银浆料组合物的粘度为240,000cP。
<比较例1>
以与实施例1中所述的相同方式制备银浆料组合物，不同之处在于：不对炭黑进行超音速等离子体处理。利用XPS如实验例2中所述对该炭黑的表面氧/碳原子比(O/C比)进行分析。定义为原子氧峰与碳峰(氧原子：O1s峰；碳原子：C1s峰)的相对强度的氧/碳原子比，即O1s峰强度/C1s峰强度<0.01。
<实验例1>
采用典型方法制造具有图2结构的硅太阳能电池，其中，该硅太阳能电池包括：硅半导体基板201、在基板201上形成的发射极层、在所述发射极层上形成的抗反射膜202、穿过抗反射膜202与所述发射极层上表面连接的前电极203、和与基板201的背表面连接的背电极205。就此而言，在形成前电极时，通过丝网印刷法将实施例1至5和比较例1的银浆料组合物涂布在基板上并进行烧结。所述烧结过程在600至800℃的温度下进行30秒。
随后，按照典型方法测量每个太阳能电池的物理性质(Jsc、Voc、填充因子(FF)、能量转换效率)，结果示于表1中。在上述各实施例和比较例中所形成电极的线宽和线高也示于下表1中。
此外，使用实施例1和比较例1的银浆料组合物制造的太阳能电池用前电极的电子显微镜像示于图3中，各个立体图像均于最佳角度下拍摄。
[表1]
Figure BDA0000431613190000131
参见表1，当使用包含表面氧/碳原子比获得改善的炭黑的银浆料组合物形成实施例1至5的电极时，发现太阳能电池显示出更优异的能量转换效率(光转换效率)。特别是，考虑到即使将能量转换效率提高0.1%亦非易事，故而在本发明的实施例中对于能量转换效率的改善是非常显著的。
参见表1和图3，当使用实施例1至5的银浆料组合物时，对线宽的宽度产生了限制，并形成了与比较例1相比线高更高的电极。更具体而言，参见图3，发现与比较例1中所形成的电极相比，实施例1中所形成电极的线宽更细且线高更高；而且与比较例1相比，实施例1至5的银浆料组合物显示出了更好的适印性，从而极大地减小了电极线宽的宽度。
<实验例2>
图4a和图4b显示了通过XPS(仪器名称：ESCALab250)分析比较例1和实施例1中所使用的炭黑的曲线图。如图4a和图4b中所示，发现实施例1的炭黑的表面氧原子数目比碳原子数目更高，故而其氧/碳原子比为约0.42，而比较例1的炭黑的氧/碳原子比约为<0.01。
<实验例3>
图5为曲线图，其显示了在实施例1和比较例1中于不同的热处理条件下制造的各6个太阳能电池之间的能量转换(光转换)效率的比较情况。如图5中所示，实施例1显示出了较窄的线宽和优异的欧姆接触，从而使FF值得到了改善，并因此显示出了比比较例1的太阳能电池更为优异的能量转换效率。
符号说明
101：基板
102：发射极层
103：前电极
104：背电极
201：基板
202：抗反射膜
203：前电极
204：BSF层
205：背电极
206：(背)银电极图案

Claims (21)

1.一种用于形成电极的银浆料组合物，包含：
银粉、玻璃粉、有机粘合剂和炭黑，其中所述炭黑的表面氧/碳原子比(O/C比)为0.4或高于0.4。
2.根据权利要求1所述的用于形成电极的银浆料组合物，其中，所述炭黑的表面氧/碳原子比(O/C比)为0.4至0.45。
3.根据权利要求1所述的用于形成电极的银浆料组合物，其中，所述炭黑为通过多个初级粒子粘附或聚集而形成的二级粒子的形态。
4.根据权利要求3所述的用于形成电极的银浆料组合物，其中，所述二级粒子型炭黑的直径为0.02至2μm。
5.根据权利要求1所述的用于形成电极的银浆料组合物，其中，对所述炭黑进行表面热处理、表面等离子体处理或表面酸处理，从而增加暴露在炭黑表面上的氧原子的数目。
6.根据权利要求1所述的用于形成电极的银浆料组合物，其中，基于该银浆料组合物的总重量，所述炭黑的含量为1至10重量%。
7.根据权利要求1所述的用于形成电极的银浆料组合物，其中，该银浆料组合物的粘度为100,000至400,000cP(布氏粘度计，14号转子，测量温度25℃，转速10rpm)。
8.根据权利要求1所述的用于形成电极的银浆料组合物，其中，所述银粉包括平均直径为1至3μm的球形银粉。
9.根据权利要求1所述的用于形成电极的银浆料组合物，其中，基于该银浆料组合物的总重量，所述银粉的含量为70至90重量%。
10.根据权利要求1所述的用于形成电极的银浆料组合物，其中，所述玻璃粉为含有PbO的含铅玻璃粉。
11.根据权利要求1所述的用于形成电极的银浆料组合物，其中，基于该银浆料组合物的总重量，所述玻璃粉的含量为1至5重量%。
12.根据权利要求1所述的用于形成电极的银浆料组合物，其中，所述有机粘合剂包括选自纤维素树脂、丙烯酸类树脂、丁基卡必醇和松油醇中的一种或多种。
13.根据权利要求1所述的用于形成电极的银浆料组合物，其中，基于该银浆料组合物的总重量，所述有机粘合剂的含量为5至15重量%。
14.一种制备用于形成电极的银浆料组合物的方法，包括如下步骤：
制备包含银粉、玻璃粉、有机粘合剂和二级粒子型炭黑的银浆料，所述二级粒子型炭黑的表面氧/碳原子比(O/C比)为0.4或高于0.4且直径为1至5μm；和
使所述银浆料进行分散。
15.根据权利要求14所述的制备用于形成电极的银浆料组合物的方法，该方法在制备所述浆料前还包括如下步骤：
通过对直径为20至50nm的初级粒子型炭黑进行表面处理，形成表面氧/碳原子比(O/C比)为0.4或高于0.4的炭黑；和
使表面处理后的炭黑聚集，制备直径为1至5μm的所述二级粒子型炭黑。
16.根据权利要求14所述的制备用于形成电极的银浆料组合物的方法，其中，在所述分散步骤之后的银浆料包含直径为0.02至2μm的二级粒子型炭黑。
17.根据权利要求15所述的制备用于形成电极的银浆料组合物的方法，其中，所述初级粒子型炭黑的BET比表面积为100至200m2/g。
18.根据权利要求14所述的制备用于形成电极的银浆料组合物的方法，其中，所述分散步骤通过使用3辊辊磨机、球磨机或锤磨机重复三至六次来进行。
19.一种太阳能电池用前电极，其由根据权利要求1至13中任意一项所述的银浆料组合物形成。
20.一种硅太阳能电池，包括：
硅半导体基板；
在所述基板上形成的发射极层；
在所述发射极层上形成的抗反射膜；
穿过所述抗反射膜与所述发射极层连接的前电极；和
与所述基板的背表面连接的背电极，
其中，所述前电极通过将根据权利要求1至13中任意一项所述的银浆料组合物以预定图案涂布在所述抗反射膜上，并烧结该银浆料组合物而形成。
21.根据权利要求20所述的硅太阳能电池，其中，所述前电极的线宽为60至90μm，线高为20至35μm。
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