CN103915131A - 用于太阳能电池的导电组合物 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于太阳能电池的导电组合物，包含以下成分：（a）银粉末；（b）填充材料，其表面可附着一导体；（c）玻璃熔块；以及（d）分散剂、有机载体与至少一添加剂。填充材料，尤其是有导体附着，用于取代导电组合物中部分的银粉末，并因而可降低制造成本且不至影响导电性，上述导电组合物用于形成于太阳能电池基板的正面电极。

Description

用于太阳能电池的导电组合物

技术领域

本发明涉及一种导电组合物，特别是关于一种用于太阳能电池的导电组合物。

背景技术

太阳能电池是一种可通过光伏效应而将光能转换成电能的半导体组件。一般而言，任何半导体二极管可以用于将光能转换成电能。太阳能电池基于两个因子，包括光导效应与内部电场，而产生电流。因此，太阳能电池的材料选择需要考虑到其光导效应以及如何产生其内部电场。

太阳能电池的效能主要由光与电之间的转换效率而决定。影响到转换效率的这些因子包括：太阳光的强度与温度、基材的材料电阻值、质量、以及缺陷密度、P-N接口的浓度与深度、电池受光面的抗反射度、金属电极的线宽与线高以及接触阻抗等。因此，为了制作具有高转换效率的太阳能电池，上面所述的每一个这些影响因子都必须严密控制。

若以正面电极导电银浆为例，其制作成本超过太阳能电池总成本的50％。因此近年来，为了降低太阳能电池的制作成本，通常都会利用薄化的正面电极银浆以及电镀制程降低银的使用量来达成。但这些方法常会因电极物理特性受到改变，进而导致导电性能或结构强度上的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于太阳能电池的导电组合物，其通过使用氧化铝以及氧化铝表面银可以降低导电银浆的成本，同时维持浆料的主要物理性能。

为了达到上述目的，本发明提供一种用于太阳能电池的导电组合物，其中包含：

银粉；

填充材料，于其至少一部分表面之上可附着一导体；以及

玻璃熔块；

其中该导电组合物的总固含量包含74~92重量百分比的银粉、2~20重量百分比的填充材料与2~6重量百分比的玻璃熔块。

所述导电组合物更包含一有机载体、一分散剂与至少一添加剂。

所述玻璃熔块为铅玻璃熔块。

所述玻璃熔块更包括以下一种或多种元素：铅(Pb)、硅(Si)、硼(B)、铝(Al)、锌(Zn)、锡(Sn)、氟(F)、锂(Li)、钛(Ti)、锑(Te)、银(Ag)、钠(Na)、钾(K)、铷(Rb)、铯(Cs)、锗(Ge)、镓(Ga)、铟(In)、镍(Ni)、钙(Ca)、镁(Mg)、锶(Sr)、钡(Ba)、硒(Se)、钼(Mo)、钨(W)、钇(Y)、砷(As)、镧(La)、钕(Nd)、钴(Co)、钆(Gd)、铕(Eu)、钬(Ho)、镱(Yb)、镏(Lu)、铋(Bi)、钽(Ta)、钒(V)、锆(Zr)、锰(Mn)、磷(P)、铜(Cu)、铈(Ce)、铌(Nb)。

所述填充材料包括金属或合金，以及其中所述导体包括具导电性的一金属、一非金属或一合金。

所述填充材料包括铝氧化物、锆氧化物、硅氧化物、锌氧化物、铜氧化物、或其上的组合，以及其中该导体包括银或铜。

所述添加剂可选自于下列所组成的群组：二氧化锆(ZrO2)、五氧化二钒(V2O5)、氧化银(Ag2O)、三氧化二铯(Cs2O3)、三氧化二铒(Er2O3)、氧化锡(SnO)、氧化镁(MgO)、三氧化二钕(Nd2O3)、氧化钙(CaO)、二氧化钛(TiO2)、三氧化二铝(Al2O3)、二氧化硒(SeO2)、氧化铅(PbO)、三氧化二铬(Cr2O3)、氧化钾(K2O)、三氧化钨(WO3)、三氧化二铋(Bi2O3)、二氧化锰(MnO2)、氧化镍(NiO)、三氧化二钐(Sm2O3)、二氧化锗(GeO2)、五氧化二磷(P2O5)、氟化锌(ZnF2)、三氧化二铟(In2O3)、三氧化二镓(Ga2O3)及其衍生物。

所述填充材料的粒子粒径为0.1~10微米。

所述有机载体包括二乙二醇单丁醚、乙基纤维素或氢化蓖麻油。

所述导电组合物形成于太阳能电池的硅基材的正面之上。

采用上述方案后，本发明用于太阳能电池的导电组合物用银粉、填充材料、玻璃熔块配比组成，其用填充材料，尤其是有导体附着，用于取代导电组合物中部分的银粉末，因而可降低制造成本且不至影响导电性，并可以维持组合物浆料的主要物理性能。

具体实施方式

此处本发明将针对发明具体实施例及其观点加以详细描述，此类描述为解释本发明的结构或步骤流程，其供以说明的用而非用以限制本发明的权利要求。因此，除说明书中的具体实施例与较佳实施例外，本发明亦可广泛施行于其它不同的实施例中。

说明书中所述一实施例或一个实施例指的是一特定被叙述与此实施例有关的特征、结构或者特性被包含在至少一些实施例中。因此，一实施例或一个实施例的各态样的实施不一定为相同实施例。此外，本发明有关的特征、结构或者特性可以适当地结合于一或多个实施例之中。

一般而言，硅晶圆太阳能电池包含一第一电极、一第二电极以及一P-N半导体层，两个电极都具导电性。第一电极的第一表面包含一P-N半导体层。第一电极(可称为工作电极或半导体电极)可包含任何具导电性的材料。举例而言，第一电极可以由玻璃、有机载体、和银粉末所形成。第二电极(可称为背电极)亦可包括任何具有导电性质的材料。第二电极包括一导电基板，其亦可以由玻璃、有机载体、和银粉末所形成。

值得注意的是，本发明的导电组合物可以应用于任何型态的硅晶圆太阳能电池的正面电极或背面电极。换言之，本发明导电组合物可以作为正面电极或背面电极。

在本发明中，提供一正面导电浆(导电组合物)为例，其包括以下成分：(a)银粉末；(b)氧化铝，可涂布银于其表面；(c)玻璃熔块；以及(d)一有机黏结剂(有机载体)。通常而言，正面导电浆尚可以包括一分散剂。其中，氧化铝的粒子粒径为0.1~10微米。玻璃熔块可以更包括以下一种或多种元素：铅(Pb)、硅(Si)、硼(B)、铝(Al)、锌(Zn)、锡(Sn)、氟(F)、锂(Li)、钛(Ti)、锑(Te)、银(Ag)、钠(Na)、钾(K)、铷(Rb)、铯(Cs)、锗(Ge)、镓(Ga)、铟(In)、镍(Ni)、钙(Ca)、镁(Mg)、锶(Sr)、钡(Ba)、硒(Se)、钼(Mo)、钨(W)、钇(Y)、砷(As)、镧(La)、钕(Nd)、钴(Co)、钆(Gd)、铕(Eu)、钬(Ho)、镱(Yb)、镏(Lu)、铋(Bi)、钽(Ta)、钒(V)、锆(Zr)、锰(Mn)、磷(P)、铜(Cu)、铈(Ce)、铌(Nb)。玻璃熔块例如为铅玻璃熔块。

于一实施例中，一填充材料(filler)可以加入于正面导电浆之中。填充材料可以为金属氧化物，其中金属作为主体以提升黏着强度。一导体可以选择性地约略涂布覆盖填充材料的至少一部分表面，其中涂布部分包括至少金属或合金以提升导电性。

本发明更提供一太阳能电池组件，其包括一电极或导线，于硅半导体基材之上借由涂布导电浆组合物并且经过干燥与烧结而形成。本发明导电浆组合物包括分散剂于其中以具有好的抗湿性，并且可以有效地解决太阳能电池的翘曲问题，并提升太阳能电池的背面导电浆与银胶之间的黏着强度。

举一正面电极的例子而言，本发明揭露一导电组合物，其可以应用作为正面电极的材料。导电组合物包括一金属填充材料，该金属用于做为支撑一主体，即在本发明中为银，以提升黏着性。一导体可以约略涂布覆盖填充材料的至少一部分表面，其中涂布的导体包括至少金属或合金以提升导电性。

此外，填充材料与涂布部分的材料成本可以比主体的材料成本还低，以达到以低材料成本取代高核心材料成本的目的，并且以有效的提升黏着强度以及具有几乎相同的导电性。

填充材料具有导体涂布于其上、银粉末、玻璃熔块与添加剂可以加入于有机溶剂中。有机溶剂可以用于提升填充材料与银颗粒的分散性，并且进一步提升导电组合物对基材的黏着性。在本发明实施例中，有机载体包括二乙二醇单丁醚(diethylene glycol monobutyl ether)、乙基纤维素(ethyl cellulose)或氢化蓖麻油(hydrogenated castor oil)。在一实施例中，添加物可选自于下列所组成的群组：氧化锆(ZrO2)、五氧化二钒(V2O5)、氧化银(Ag2O)、三氧化二铯(Cs2O3)、三氧化二铒(Er2O3)、氧化锡(SnO)、氧化镁(MgO)、三氧化二钕(Nd2O3)、氧化钙(CaO)、二氧化钛(TiO2)、三氧化二铝(Al2O3) 二氧化硒(SeO2)、氧化铅(PbO)、三氧化二铬(Cr2O3)、氧化钾(K2O)、三氧化钨(WO3)、三氧化二铋(Bi2O3)、二氧化锰(MnO2)、氧化镍(NiO)、三氧化二钐(Sm2O3)、二氧化锗(GeO2)、五氧化二磷(P2O5)、氟化锌(ZnF2)、三氧化二铟(In2O3)、三氧化二镓(Ga2O3)及其衍生物。

本发明的导电组合物借由加入金属氧化物作为填充材料来制备。填充材料的表面最佳涂布一导电层，例如金属、合金或其组合。举例而言，填充材料的材料为氧化铝、氧化锆、氧化硅、氧化锌、氧化铜或其组合。填充材料借由一表面改质所形成，且其表面涂布银或铜金属层，以达到提升黏着性的目的，并因而提升了银-银接口之间的剥离强度，以及提升了银-玻璃接口之间的剥离强度，同时结果达到降低成本的目的。

本发明的导电组合物可以借由一网印制程以形成一导电膜。例如银导电浆可利用网印方法以印制于太阳能电池硅基材的正面上。

实施例一

例子	Ag固含量 (%)	Al2O3固含量(%)	玻璃一固含量(%)	玻璃二固含量(%)	阻抗值(Ω)	填充因子(%)	转换效率(%)
								1	95.5	0	4.5		2.5	79.3	17.55
2	95.5	0		4.5	3.1	78.6	17.41
								3	94.4	1.1	4.5		2.5	79.1	17.53
4	93.3	2.2	4.5		2.5	79.1	17.52
								5	91.1	4.4	4.5		2.7	79.0	17.50
6	85	10.5	4.5		2.9	78.8	17.41
								7	82.7	12.8	4.5		3.1	78.6	17.38
8	80.6	14.9	4.5		3.4	78.5	17.35

实施例二

例子	Ag固含量 (%)	Ag涂布Al2O3固含量(%)	玻璃一固含量(%)	玻璃二固含量(%)	阻抗值(Ω)	填充因子(%)	转换效率(%)
								1	95.5	0	4.5		2.5	79.3	17.55
2	95.5	0		4.5	3.1	78.6	17.41
								9	85	10.5	4.5		2.5	79.1	17.46
10	80.6	14.9	4.5		2.7	78.9	17.40

在实施例一与实施例二中，其说明了正面导电浆分别包括：不同固含量的银/氧化铝/玻璃一/玻璃二(Ag/ Al2O3/Glass 1/Glass 2)、银/银涂布的氧化铝/玻璃一/玻璃二(Ag/ Ag涂布Al2O3/Glass 1/Glass 2)。

从上述可知，在本发明中，填充材料，例如氧化铝(或氧化锆、氧化硅、氧化锌)可以适当地加入于导电组合物中以提升黏着性，并且避免原来的银层的断层，使得导电组合物具有良好的导电性以及类似一般的银胶的低阻值。

一实施例为本发明的一实作或范例。说明书中所述一实施例、一个实施例、某些实施例或其它实施例指的是一特定被叙述与此实施例有关的特征，结构，或者特质被包含在至少一些实施例中，但未必于所有实施例。而各态样的实施例不一定为相同实施例。其中应被理解的是在本发明实施例描述中，各特征有时会组合于一实施例的图、文字描述中，其目的为简化本发明技术特征，有助于了解本发明各方面的实施方式。除描述于此之外，可借由叙述于本发明中的实施例及实施方式所达成的不同改良方式，皆应涵盖于本发明的范畴中。因此，揭露于此的图式及范例皆用以说明而非用以限制本发明，本发明的保护范畴仅应以列于其后的权利要求为主。

Claims (10)

1. 一种用于太阳能电池的导电组合物，其特征在于：包含：

银粉；

填充材料，于其至少一部分表面之上可附着一导体；以及

玻璃熔块；

其中该导电组合物的总固含量包含74~92重量百分比的银粉、2~20重量百分比的填充材料与2~6重量百分比的玻璃熔块。

2. 如权利要求1所述的用于太阳能电池的导电组合物，其特征在于：所述导电组合物更包含一有机载体、一分散剂与至少一添加剂。

3. 如权利要求1或2所述的用于太阳能电池的导电组合物，其特征在于：所述玻璃熔块为铅玻璃熔块。

4. 如权利要求1或2所述的用于太阳能电池的导电组合物，其特征在于：所述玻璃熔块更包括以下一种或多种元素：铅(Pb)、硅(Si)、硼(B)、铝(Al)、锌(Zn)、锡(Sn)、氟(F)、锂(Li)、钛(Ti)、锑(Te)、银(Ag)、钠(Na)、钾(K)、铷(Rb)、铯(Cs)、锗(Ge)、镓(Ga)、铟(In)、镍(Ni)、钙(Ca)、镁(Mg)、锶(Sr)、钡(Ba)、硒(Se)、钼(Mo)、钨(W)、钇(Y)、砷(As)、镧(La)、钕(Nd)、钴(Co)、钆(Gd)、铕(Eu)、钬(Ho)、镱(Yb)、镏(Lu)、铋(Bi)、钽(Ta)、钒(V)、锆(Zr)、锰(Mn)、磷(P)、铜(Cu)、铈(Ce)、铌(Nb)。

5. 如权利要求1或2所述的用于太阳能电池的导电组合物，其特征在于：所述填充材料包括金属或合金，以及其中所述导体包括具导电性的一金属、一非金属或一合金。

6. 如权利要求1或2所述的用于太阳能电池的导电组合物，其特征在于：所述填充材料包括铝氧化物、锆氧化物、硅氧化物、锌氧化物、铜氧化物、或其上的组合，以及其中该导体包括银或铜。

7. 如权利要求2所述的用于太阳能电池的导电组合物，其特征在于：所述添加剂可选自于下列所组成的群组：二氧化锆(ZrO2)、五氧化二钒(V2O5)、氧化银(Ag2O)、三氧化二铯(Cs2O3)、三氧化二铒(Er2O3)、氧化锡(SnO)、氧化镁(MgO)、三氧化二钕(Nd2O3)、氧化钙(CaO)、二氧化钛(TiO2)、三氧化二铝(Al2O3)、二氧化硒(SeO2)、氧化铅(PbO)、三氧化二铬(Cr2O3)、氧化钾(K2O)、三氧化钨(WO3)、三氧化二铋(Bi2O3)、二氧化锰(MnO2)、氧化镍(NiO)、三氧化二钐(Sm2O3)、二氧化锗(GeO2)、五氧化二磷(P2O5)、氟化锌(ZnF2)、三氧化二铟(In2O3)、三氧化二镓(Ga2O3)及其衍生物。

8. 如权利要求1或2所述的用于太阳能电池的导电组合物，其特征在于：所述填充材料的粒子粒径为0.1~10微米。

9. 如权利要求1或2所述的用于太阳能电池的导电组合物，其特征在于：所述有机载体包括二乙二醇单丁醚、乙基纤维素或氢化蓖麻油。

10. 如权利要求1或2所述的用于太阳能电池的导电组合物，其特征在于：所述导电组合物形成于太阳能电池的硅基材的正面之上。