CN103680676A - 包含细化玻璃颗粒的银浆及其用于制造光伏组件的用途 - Google Patents
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Abstract
一种银浆，包含有机载体、第一玻璃颗粒、第二玻璃颗粒以及银颗粒。特别地，第一玻璃颗粒的比表面积为约26～27m2/g，并且第二玻璃颗粒的比表面积为约1.6～1.7m2/g。第一玻璃颗粒与第二玻璃颗粒混合后的比表面积的范围为约2～20m2/g。
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(photovoltaicdevice)的用途，并且特别地，关于包含细化玻璃颗粒的银浆及其用于制造光伏组件的用途。
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欧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(backsurface 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，其混入的玻璃颗粒的粒径皆为微米尺度，未见有部分以细化玻璃颗粒(次微米尺度)取代之，以提升应用其所制造的光伏组件的光电转换效率。
发明内容
因此，本发明所欲解决的技术问题在于提供一种包含细化玻璃颗粒的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，可以提升光伏组件的光电转换效率。
本发明的一较佳具体实施例的一种银浆，包含有机载体(organicvehicle)、第一玻璃颗粒(glass frit)、第二玻璃颗粒以及纳米银颗粒(silverparticle)。特别地，本发明的银浆其第一玻璃颗粒的比表面积为约1.6～1.7m2/g，第二玻璃颗粒的比表面积为约26～27m2/g。第一玻璃颗粒与第二玻璃颗粒混合后的比表面积的范围为约2～20m2/g。藉此，让本发明的银浆用于制造光伏组件的正面电极时，可以提升光伏组件的光电转换效率。
在一具体实施例中，第二玻璃颗粒占第一玻璃颗粒加上第二玻璃颗粒的重量百分比为约1～75。
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，第一玻璃颗粒加上第二玻璃颗粒占本发明的银浆的重量百分比为约1～7，以及银颗粒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，玻璃颗粒为Si-Pb-B-O、PbO、PbO-SiO2、PbO-B2O3玻璃颗粒或含碲粉的玻璃颗粒。
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、约0～20wt.％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。
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。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，半导体结构组合并且包含抗反射层。反射层提供半导体结构组合的正表面。
在一具体实施例中，半导体结构组合并且包含钝化层。钝化层提供半导体结构组合的正表面。
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，可以提升光伏组件的光电转换效率。
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为表1中太阳能电池的光电转换效率随着第二玻璃颗粒占所有玻璃颗粒的重量百分比增加的变化。
图5为表1中太阳能电池的填充因子随着第二玻璃颗粒占所有玻璃颗粒的重量百分比增加的变化。
主要组件符号说明如下：
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、第一玻璃颗粒、第二玻璃颗粒以及银颗粒。特别地，第一玻璃颗粒微较粗的玻璃颗粒，第二玻璃颗粒为经细化的玻璃颗粒。本发明的银浆其第一玻璃颗粒的比表面积为约1.6～1.7m2/g，第二玻璃颗粒的比表面积为约26～27m2/g。第一玻璃颗粒与第二玻璃颗粒混合后的比表面积的范围为约2～20m2/g。藉此，让本发明的银浆用于制造光伏组件的正面电极时，可以提升光伏组件的光电转换效率。
在实际应用中，第二玻璃颗粒的粒径小于约0.2μm。
在一具体实施例中，第二玻璃颗粒占第一玻璃颗粒加上第二玻璃颗粒的重量百分比为约1～75。在一案例中，第一玻璃颗的比表面积为约1.6184m2/g，添加比表面积为约26.001m2/g且占所有玻璃颗粒的75wt.％的第二玻璃颗粒后，整体玻璃颗粒的比表面积变为约19.9053m2/g。
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，第一玻璃颗粒加上第二玻璃颗粒占本发明的银浆的重量百分比为约1～7，以及银颗粒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，玻璃颗粒为Si-Pb-B-O、PbO、PbO-SiO2或PbO-B2O3玻璃颗粒。
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(solidcellulose polymer)、约0～20wt.％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)。
请参阅图1、图2及图3A至图3D，图1为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为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为以截面视图绘示本发明的方法的一较佳具体实施例来制造如图1沿A-A线的剖面视图所示的光伏组件1。
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为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为沿图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)为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为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，为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1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，本发明的方法为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，本发明的方法为选择性涂布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。
同样示于图3B，本发明的方法为在半导体结构组合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。第二金属浆为由铝颗粒混合成的导电浆料为佳。
同样示于图3B，本发明的方法为在半导体结构组合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。第三金属浆为由银颗粒与铝颗粒混合成的导电浆为佳。
最后，如图3C所示，本发明的方法为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122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。
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。如图3A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。在另一具体实施例中，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 heterojunction solarcell)其结构。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。
请参阅表1，为四种根据本发明揭示的银浆(第二玻璃颗粒的重量百分比不同)以及不含第二玻璃颗粒的银浆的成份列表。这些银浆中的所有玻璃颗粒占重量百分比皆为约5.5wt.％，且用于制造硅基太阳能电池(对照组一、电池A、电池B、电池C、电池D)的正面电极且在810℃下烧结成正面电极。制成的该等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。该等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
请参阅表2，为另外四种根据本发明揭示的银浆(第二玻璃颗粒的重量百分比不同)以及不含第二玻璃颗粒的银浆的成份列表。这些银浆中的所有玻璃颗粒占重量百分比皆为约6wt.％，且用于制造硅基太阳能电池(对照组二、电池E、电池F、电池G、电池H)的正面电极且在810℃下烧结成正面电极。制成的该等太阳能电池测得的光电转换效率(η)以及综合性评估指标-填充因子也列于表2。该等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2
请参阅图4及图5。图4为表1及表2中太阳能电池的光电转换效率随着第二玻璃颗粒(经细化的玻璃颗粒)占所有玻璃颗粒的重量百分比增加的变化。图5为表1及表2中太阳能电池的填充因子随着第二玻璃颗粒(经细化的玻璃颗粒)占所有玻璃颗粒的重量百分比增加的变化。
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、电池C、电池D、电池E、电池F、电池G、电池H的正面电极，随着第二玻璃颗粒(经细化的玻璃颗粒)占所有玻璃颗粒的重量百分比增加，光电转换效率及填充因子逐渐增加再逐渐下降，可能是因第二玻璃颗粒(经细化的玻璃颗粒)过多产生聚集不易分散而导致电转换效率及填充因子开始下降。作为对照的银浆，因为不含第二玻璃颗粒，用于对照组一及对照组二的太阳能电池的正面电极，其光电转换效率及填充因子皆远低于电池A、电池B、电池C、电池E、电池F、电池G、电池H的数据。由此足以证明，根据本发明的银浆用于制造光伏组件的正面电极时，能提升光源组件的光电转换效率以及填充因子。
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之面向加以限制。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、一第一玻璃颗粒、一第二玻璃颗粒以及一银颗粒，其特征在于，所述第一玻璃颗粒的比表面积的范围为约1.6～1.7m2/g，所述第二玻璃颗粒的比表面积的范围为约26～27m2/g，所述第一玻璃颗粒与所述第二玻璃颗粒混合后的比表面积的范围为约2～20m2/g。
2.如权利要求1所述的银浆，其特征在于，其中所述第二玻璃颗粒占所述第一玻璃颗粒加上所述第二玻璃颗粒的重量百分比为约1～75。
3.如权利要求2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，所述第一玻璃颗粒加上所述第二玻璃颗粒占所述银浆的重量百分比为约1～7，以及所述银颗粒占所述银浆的重量百分比的其余部分。
4.如权利要求3所述的银浆，其特征在于，其中所述玻璃颗粒为Si-Pb-B-O、PbO、PbO-SiO2、PbO-B2O3玻璃颗粒或含碲粉的玻璃颗粒。
5.如权利要求4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、约0～20wt.％的2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇单异丁酸酯以及占所述有机载体的重量百分比的其余部分的松油醇。
6.一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，所述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5中任一项所述的银浆在所述正表面上，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。
7.如权利要求6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。
8.如权利要求6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。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，其中所述金属浆是如权利要求1至5中任一项所述的银浆。
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