CN103915130B - 用于太阳能电池电极的组合物和使用其制作的电极 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于太阳能电池的组合物和使用其制作的电极。该组合物包含银（Ag）粉；碘化银（AgI）；玻璃料；和有机载体，其中，基于组合物的总重量，碘化银以约0.1wt%至约30wt%的量存在。该组合物可以提高电极和硅晶片之间的接触效率，从而使接触电阻（Rc）和串联电阻（Rs）最小化，这提供了优异的太阳能电池转化效率。
Description
技术领域
本发明涉及用于太阳能电池电极的组合物和使用其制作的电极。
背景技术
太阳能电池利用p-n结的光伏效应产生电流，光伏效应将太阳光的光子转化为电流。在太阳能电池中，分别在具有p-n结的半导体晶片和基板的上表面和下表面形成前电极和后电极。随后，由进入半导体晶片的太阳光引起p-n结处的光伏效应，并且由p-n结处的光伏效应所产生的电子通过电极向外界提供电流。通过施用、图案化和焙烧电极组合物在晶片上形成太阳能电池的电极。
持续降低发射层厚度来改善太阳能电池效率可以引起分流，其能够使太阳能电池性能劣化。此外，已经逐渐增加太阳能电池的面积来实现更高的效率。然而，在这种情况下，由于太阳能电池的接触电阻增加，可能存在效率劣化的问题。
因此，存在对于能够提高电极和硅晶片之间接触效率以使接触电阻（Rc）和串联电阻（Rs）最小化、从而提供良好的转化效率的用于太阳能电池电极的组合物的需要。
发明内容
根据本发明的一个方面，用于太阳能电池电极的组合物可以包含银（Ag）粉；碘化银（AgI）；玻璃料；和有机载体，其中，基于组合物的总重量，碘化银可以以按重量计约0.1%（wt%）至约30wt%之间的量存在。
组合物可以包含约60wt%至约95wt%的银粉；约0.1wt%至约30wt%的碘化银；约0.5wt%至约20wt%的玻璃料；和约1wt%至约30wt%的有机载体。
根据本发明的另一个方面，提供了由用于太阳能电池电极的组合物形成的太阳能电池电极。
附图说明
图1是示出用于在晶片上通过焙烧银粉和玻璃料形成银晶体颗粒的方法的概念视图。
图2是示出根据本发明的一个实施方式的太阳能电池的示意图。
具体实施方式
用于太阳能电池电极的组合物
用于根据本发明的太阳能电池电极的组合物包含银（Ag）粉（A）；碘化银（B）；玻璃料（C）；和有机载体（D）。
现在，将会更详细的描述用于根据本发明的太阳能电池电极的组合物的每种组分。
（A）银粉
根据本发明，用于太阳能电池电极的组合物包含作为第一金属粉末的银粉，其是导电性粉末。银粉的粒径可以是纳米级或微米级。例如，银粉可以具有数十纳米到数百纳米、或数微米到数十微米的粒径。可选地，银粉可以是两种或多种具有不同粒径的银粉的混合物。
银粉可以具有球状、片状或无定形的形状。
银粉优选地具有约0.1μm至约10μm、更优选地约0.5μm至约5μm的平均颗粒直径（D50）。可以在25℃下通过超声波震荡在3分钟使导电性粉末分散在异丙醇（IPA）中之后，使用例如Model1064D（CILAS Co.,Ltd.）测量平均颗粒直径。在平均颗粒直径的这个范围内，组合物可以提供较低接触电阻和低线路电阻。
基于组合物的总重量，银粉可以以约60wt%至约95wt%的量存在。在此范围中，由于电阻增加，导电性粉末能够防止在转换效率方面的劣化。有利地，导电粉以约70wt%至约90wt%的量存在。
（B）碘化银
在硅晶片上通过使组合物图案化并焙烧组合物可以形成太阳能电池电极，其中，组合物包含导电性粉末、玻璃料和有机载体。
参见图1，在焙烧过程中，银（Ag）粉111被融化，并且玻璃料112蚀刻晶片的抗反射层，抗反射层包括p-层（或，n-层）101和n-层（或，p-层）102，其将作为发射极。然后，熔化的银粉渗透晶片的表面并形成银晶体113，从而形成电极。在这种情况中，确保银晶体足够的欧姆深度以及银晶体与晶片之间足够接触面积是很重要的。在本发明中，用于太阳能电池电极的组合物包含熔点约为558℃的碘化银（AgI），该温度低于元素银的熔点。在低于电极焙烧温度的温度下，碘化银与银相比可以更快转变成液体。所以，液态的碘化银能够填充硅晶片上的细微裂缝，或由于表 面粗糙度导致的在组合物与晶片之间的接触表面形成的空区域，从而改善电极（Ag）和硅晶片之间的接触效率。
特别地，通过降低在晶片和银之间的界面处金属和半导体之间的肖特基势垒高度（Schottky barrier height），碘化银（AgI）使得晶片和银之间能够欧姆接触。并且由于银电极晶片的接触电阻（Rc）和串联电阻（Rs）的降低，可以提高填充因子，从而提高太阳能电池效率。此外，如在Material Safety Data Sheet（MSDS）中所描述的，在吸入、摄入或皮肤接触时，氯化银（AgCl）对人体的非常有害，而碘化银在环境安全性和可加工性方面具有相当优异的性质。
在本发明中，基于组合物的总重量，碘化银以约0.1wt%至约30wt%的量存在。在此范围中，碘化银可以确保足够的给予多样化表面电阻的结合稳定性并可以使串联电阻最低。
（C）玻璃料
玻璃料用于增强导电性粉末和晶片或基板之间的粘附力并用于通过蚀刻抗反射层并熔融银粉的方法在发射极区域内形成银晶体颗粒，从而在用于电极的组合物的焙烧过程中降低接触电阻。此外，在焙烧过程中，玻璃料会软化并降低焙烧温度。
当增加太阳能电池的面积以改善太阳能电池效率时，可能存在太阳能电池接触电阻升高的问题。因此，需要使p-n结上的串联电阻（Rs）和影响均最小化。此外，由于随着具有不同薄层电阻的不同晶片的使用增加焙烧温度在较宽的范围内变化，期望玻璃料确保足够的热稳定性以承受宽泛范围的焙烧温度。
玻璃料可以是任何含铅玻璃料和无铅玻璃料，其通常用在用于太阳能电池电极的组合物领域中。
在一个实施方式中，玻璃料可以包含选自由氧化铅、氧化硅、氧化碲、氧化铋、氧化锌、氧化硼、氧化铝、氧化钨和它们的组合所组成的组中的至少一种氧化物。例如，玻璃料可以包括选自由以下各项所组成的组中的至少一种：氧化锌-氧化硅（ZnO-SiO2）、氧化锌-氧化硼-氧化硅（ZnO-B2O3-SiO2）、氧化锌-氧化硼-氧化硅-氧化铝（ZnO-B2O3-SiO2-Al2O3）、氧化铋（Bi2O3）、氧化铋-氧化硅（Bi2O3-SiO2）、氧化铋-氧化硼-氧化硅（Bi2O3-B2O3-SiO2）、氧化铋-氧化硼-氧化硅-氧化铝（Bi2O3-B2O3-SiO2-Al2O3）、氧化铋-氧化锌-氧化硼-氧化硅（Bi2O3-ZnO-B2O3-SiO2）、氧化铋-氧化锌-氧化硼-氧化硅-氧化铝（Bi2O3-ZnO-B2O3-SiO2-Al2O3）、氧化铅（PbO）、氧化铅-氧化碲（PbO-TeO2）、氧化铅-氧化碲-氧化硅（PbO-TeO2-SiO2）、氧化铅-氧化碲-氧化锂（PbO-TeO2-Li2O）、氧化铋-氧化碲（Bi2O3-TeO2）、氧化铋-氧化碲-氧化硅（Bi2O3-TeO2-SiO2）、氧化铋-氧化碲-氧化锂（Bi2O3-TeO2-Li2O）、氧化碲（TeO2）和氧化碲-氧化锌（TeO2-ZnO）玻璃料。
玻璃料可以具有约0.1μm至约10μm的平均颗粒直径D50，并且基于组合物的总重量，可以以从约0.5wt%至约20wt%的量存在。玻璃料可以具有球状或无定形形状。在一个实施方式中，可以将具有不同玻璃化转变点的两种类型的玻璃料的混合物用于组合物。例如，可以使用具有范围从200℃至350℃的玻璃化转变点的第一玻璃料和具有高于350℃并且小于或等于550℃的玻璃化转变点的第二玻璃料的混合物，其中，第一玻璃料与第二玻璃料的重量比可以范围从约1:0.2至约1:1。
可以通过本领域已知的典型方法由这些金属氧化物制备玻璃料。例如，可以以预定的比例混合氧化物。可以使用球磨机或行星式磨机进行混合。在约700℃至约1300℃下熔融混合物，随后淬火至约25℃。使用盘式磨机、行星式磨机等使所获的产物经历粉碎过程，从而制备玻璃料。
（D）有机载体
通过与组合物的无机组分机械混合，有机载体向用于太阳能电池电极的组合物赋予用于印刷的合适的粘性和流变学特征。
有机载体可以是在太阳能电池电极组合物中使用的任何典型的有机载体，并且可以包括粘合剂树脂、溶剂等。
粘合剂树脂可以选自丙烯酸酯树脂或纤维素树脂。通常将乙基纤维素用作粘合剂树脂。此外，粘合剂树脂可以选自乙基羟乙基纤维素、硝化纤维素、乙基纤维素和酚醛树脂的混合物、醇酸树脂、苯酚、丙烯酸酯、二甲苯、聚丁烯、聚酯、尿素、三聚氰胺、醋酸乙烯树脂、木松香、醇的聚甲基丙烯酸酯等。
溶剂可以选自由例如，己烷、甲苯、乙基溶纤剂、环己酮、丁基溶纤剂、丁基卡必醇（二乙二醇单丁基醚）、二丁基卡必醇（二乙二醇二丁基醚）、乙酸丁基卡必醇酯（二乙二醇单丁基醚乙酸酯）、丙二醇单甲基醚、己二醇、萜品醇、甲基乙基酮、苯甲醇、γ-丁内酯、乳酸乙酯和它们的组合所组成的组中。
基于组合物的总重量，有机载体可以以约1wt%至约30wt%的量存在。在此范围内，有机载体能够为组合物提供足够的粘合强度和优异的印刷适性。
（E）添加剂
根据需要，组合物可以进一步包含典型的添加剂以提流动性、加工性以及稳定性。添加剂可以包括分散剂、触变剂、增塑剂、粘度稳定剂，防沫剂，颜料，UV稳定剂，抗氧化剂，偶联剂等，但不限于此。可以单独或以它们的混合物的形式使用这些添加剂。添加剂可以以约0.1wt%至约5wt%的量存在于组合物中，但不限于此。
太阳能电池电极和包括其的太阳能电池
本发明的其它方面涉及由用于太阳能电池电极的组合物形成的电极和包括其的太阳能电池。，图1示出了根据本发明的一个实施方式的太阳能电池。
参见图2，可以通过在包括p-层（或n-层）101和n-层（或p-层）102的晶片或基板100上印刷并焙烧组合物形成后电极210和前电极230，其将用作发射极。例如，通过在晶片100的后表面上印刷组合物并在约200℃至约400℃的温度下干燥印刷的组合物持续约10秒至约60秒完成制备后电极210的前期处理。进一步，通过在晶片的前表面上印刷糊料并干燥印刷的组合物完成制备前电极的前期处理。然后，可以通过在约400℃至约950℃、优选在约750℃至约950℃的温度下焙烧约30秒至约180秒来形成前电极230和后电极210。
下面，将参考实施例更详细地描述本发明。然而，需要指出的是，提供这些实施例仅用于例证，而不应该以任何方式理解为限制本发明。
实施例
实施例1
作为有机粘合剂，在60℃下将1wt%的乙基纤维素（STD4,Dow Chemical Company）充分溶解在8.5wt%的丁基卡必醇中，并且将86.5wt%的具有2.0μm的平均颗粒直径的球状银粉（AG-4-8，Dowa Hightech Co.,Ltd.）、0.5wt%的碘化银、2.0wt%的具有1.0μm的平均颗粒直径和341℃转变点的低熔点含铅玻璃料-1（含铅玻璃，CI-124，Particlogy Co.,Ltd.）、1.0wt%具有1.0μm的平均颗粒直径和430℃转变点的低熔点含铅玻璃料-2（含铅玻璃料，CI-5008，Particlogy Co.,Ltd.）、0.2wt%的分散剂BYK102（BYK-chemie）和0.3wt%的触变剂Thixatrol ST（Elementis Co.,Ltd.）加入至粘合剂溶液中，随后通过在三辊捏合机中进行混合和捏合，从而制备用于太阳能电池电极的组合物。
实施例2至3和比较例1
以如在实施例1中相同的方法制备用于太阳能电池的组合物，除了以如表1所列出的量制备组合物。在表1中示出结果。
接触电阻和比接触电阻率的测量方法
以预定的图案通过丝网印刷将根据实施例和比较例制备的组合物沉积在单晶晶片的前表面上，随后在红外干燥炉中干燥。使根据此步骤形成的电池在带式焙烧炉中在600℃至1000℃下经受焙烧60秒至210秒，然后使用TLM（Transfer Length Method）测试仪以接触电阻（Rs）和比接触电阻率（ρc）进行评价。表1示出所测量的接触电阻和比接触电阻率。
填充因子和转化效率的测量方法
以预定的图案通过丝网印刷将在实施例和比较例中所制备的组合物沉积在单晶晶片的前表面上，随后在红外干燥炉干燥。然后，将含铝的用于电极的组合物印刷在晶片的后侧面并以和上述相同的方法干燥。使根据此步骤形成的电池在带式焙烧炉中在400℃到1000℃的温度下经历焙烧30秒至180秒，并使用太阳能电池效率测试仪CT-801（Pasan Co.,Ltd.）以填充因子（FF，%）和转化效率（%）进行评价。表1示出所测量的填充因子和转化效率。
表1 （单位：wt%）
如表1所示，可以确定的是，与比较例1至比较例2的那些相比，使用在实施例1至3中制备的组合物制造的太阳能电池电极具有低的接触电阻和比接触电阻率，从而提供了优异的填充因子和转换效率。
虽然已经描述了一些实施例，对本领域技术人员显而易见的是仅以例证的方式给出这些实施方式，并且可以进行各种修改、改变、变更，并可进行等效实施方式而不脱离本发明的精神和范围。应当仅由随附权利要求和其等价形式限制本发明的范围。
Claims (8)
1.一种用于太阳能电池电极的组合物，包含：银（Ag）粉；碘化银（AgI）；玻璃料；和有机载体，其中，基于所述组合物的总重量，所述碘化银以0.1wt%至30wt%的量存在。
2.根据权利要求1所述的组合物，包含：60wt%至95wt%的所述银（Ag）粉；0.1wt%至30wt%的所述碘化银；0.5wt%至20wt%的所述玻璃料；和1wt%至30wt%的所述有机载体。
3.根据权利要求1所述的组合物，其中，所述玻璃料包括选自由以下项所组成的组中的至少一种：氧化锌-氧化硅（ZnO-SiO2）、氧化锌-氧化硼-氧化硅（ZnO-B2O3-SiO2）、氧化锌-氧化硼-氧化硅-氧化铝（ZnO-B2O3-SiO2-Al2O3）、氧化铋（Bi2O3）、氧化铋-氧化硅（Bi2O3-SiO2）、氧化铋-氧化硼-氧化硅（Bi2O3-B2O3-SiO2）、氧化铋-氧化硼-氧化硅-氧化铝（Bi2O3-B2O3-SiO2-Al2O3）、氧化铋-氧化锌-氧化硼-氧化硅（Bi2O3-ZnO-B2O3-SiO2）、氧化铋-氧化锌-氧化硼-氧化硅-氧化铝（Bi2O3-ZnO-B2O3-SiO2-Al2O3）、氧化铅（PbO）、氧化铅-氧化碲（PbO-TeO2）、氧化铅-氧化碲-氧化硅（PbO-TeO2-SiO2）、氧化铅-氧化碲-氧化锂（PbO-TeO2-Li2O）、氧化铋-氧化碲（Bi2O3-TeO2）、氧化铋-氧化碲-氧化硅（Bi2O3-TeO2-SiO2）、氧化铋-氧化碲-氧化锂（Bi2O3-TeO2-Li2O）、氧化碲（TeO2）和氧化碲-氧化锌（TeO2-ZnO）玻璃料。
4.根据权利要求1所述的组合物，其中，所述玻璃料包含两种具有不同转变点的玻璃料。
5.根据权利要求4所述的组合物，其中，所述玻璃料包含具有范围从200℃至350℃的玻璃化转变点的第一玻璃料和具有高于350℃并低于或等于550℃的玻璃化转变点的第二玻璃料，所述第一玻璃料与所述第二玻璃料的重量比的范围为从1:0.2至1:1。
6.根据权利要求1所述的组合物，其中，所述玻璃料具有0.1μm至10μm的平均颗粒直径D50。
7.根据权利要求1所述的组合物，进一步包含：选自由分散剂、触变剂、增塑剂、粘度稳定剂、防沫剂、颜料、UV稳定剂、抗氧化剂和偶联剂所组成的组中的至少一种。
8.由根据权利要求1到7中的任一项所述的用于太阳能电池电极的组合物制备的太阳能电池电极。
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