CN104412333A - 用于太阳能电池电极的组成物及使用该组成物制造的电极 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示一种用于太阳能电池电极的组成物。该组成物包含一导电粉末、一玻璃料及一有机载体；其中，该玻璃料是一氧化铋-氧化碲-氧化锌-氧化锂系玻璃料，包括：5wt％至20wt％的氧化铋、55wt％至80wt％的氧化碲、0.1wt％至15wt％的氧化锌及0.1wt％至10wt％的氧化锂。根据本发明的组成物所形成的太阳能电池电极具有低串联电阻(Rs)以及高开放电压(Voc)，从而提供高转换效率以及对条带的高黏合强度。

Description

用于太阳能电池电极的组成物及使用该组成物制造的电极
技术领域
本发明涉及一种用于太阳能电池电极的组成物及其所制造的电极。
背景技术
太阳能电池产生电能是利用p-n接面的光生伏打效应使太阳光的光子转换成电能。在太阳能电池中，前部和后部电极分别形成于有p-n接面的半导体芯片或基材的上表面及下表面。之后，p-n接面的光生伏打效应被进入半导体芯片的阳光诱发，并且由p-n接面的光生伏打效应产生的电子经由电极对外部供应电流。太阳能电池的电极是透过将用于电极的组成物涂布、图案化及烘烤而形成于芯片上。
为提高太阳能电池的效率而连续递减发射厚度可能会导致分流(shunting)而使太阳能电池的表现恶化此外，太阳能电池的面积逐渐增加，以实现高效率。然而，在这种情况下，可能有因为太阳能电池的接触电阻提升而导致效率劣化的问题。
太阳能电池由条带(ribbon)彼此连接而构成一个太阳能电池组。在这种情况下，电极与条带之间的低黏着力可能导致大的串联电阻以及转换效率的劣化。
本发明的发明人开发的太阳能电池，可提供必要的电气性能例如转换效率，以及物理性能例如黏合强度。
发明内容
技术问题
本发明的目的在于提供一种用于太阳能电池电极的组成物，其显示良好的转换效率以及良好的条带与电极之间的黏合强度。
技术方案
根据本发明的一个方面，提供用于太阳能电池电极的组成物，可以包含一导电粉末、一玻璃料，及一有机载体；其中，该玻璃料是一氧化铋-氧化碲-氧化锌-氧化锂系玻璃料，包括：5wt％至20wt％的氧化铋、55wt％至80wt％的氧化碲、0.1wt％至15wt％的氧化锌，及0.1wt％至10wt％的氧化锂。
该玻璃料可以还包括0.1wt％至10wt％的氧化钨(WO3)。
该玻璃料可以还包括至少一种是选自于下列群组的金属氧化物：氧化磷(P2O5)、氧化硅(SiO2)、氧化镁(MgO)、氧化铈(CeO2)、氧化锶(SrO)、氧化钼(MoO3)、氧化钛(TiO2)、氧化锡(SnO)、氧化铟(In2O3)、氧化钒(V2O5)，氧化钡(BaO)、氧化镍(NiO)，氧化铜(Cu2O或CuO)、氧化钠(Na2O)、氧化钾(K2O)、氧化锑(Sb2O3，Sb2O4或Sb2O5)、氧化锗(GeO2)、氧化镓(Ga2O3)、氧化钙(CaO)、氧化砷(As2O3)、氧化钻(CoO或Co2O3)、氧化锆(ZrO2)、氧化锰(MnO、Mn2O3或Mn3O4)、氧化铝(Al2O3)及氧化硼(B2O3)。
该玻璃料可以包括60wt％至80wt％的氧化碲。
该组成物可以包含：60wt％至95wt％的该导电粉末、0.5wt％至20wt％的该玻璃料及1wt％至30wt％的该有机载体。
该玻璃料可以具有0.1μm至10μm的平均粒径(D50)。
该导电粉末可以包括银(Ag)粉末。
该导电粉末可以具有0.1μm至10μn的平均粒径(D50)。
该组成物可以还包括：至少一种是选自于下列群组的添加剂：分散剂、触变剂、增塑剂、黏度稳定剂、抗发泡剂、颜料、UV稳定剂、抗氧化剂及偶联剂。
根据本发明的一个方面，提供一种太阳能电池电极，是由所述的用于太阳能电池电极的组成物所制得。
有益效果
根据本发明的组成物所形成的太阳能电池电极具有低串联电阻(Rs)以及高开放电压(Voc)，从而提供高转换效率以及对条带的高黏合强度。
附图说明
图1是使用根据本发明的一个实施例中的太阳能电池结构的一示意图。
具体实施方式
用于太阳能电池电极的组成物
根据本发明的一种用于太阳能电池电极的组成物，包含一导电粉末、一氧化铋-氧化碲-氧化锌-氧化锂系玻璃料及一有机载体。该组成物使串联电阻(Rs)最小化，以提供优异的转换效率，且对于太阳能电池彼此连接的条带，具有高黏合强度。
现在，本发明将被更详细地描述。
(A)导电粉末
该导电粉末可包括至少一种选自于是由银(Ag)、金(Au)、钯(Pd)、铂(Pt)、铜(Cu)、铝(Al)、镍(Ni)和铟锡氧化物(ITO)粉末所组成的群组的金属粉末，但并不限于此。优选地，该导电性粉末包括银粉末，或是包括银粉末的混合物。
该导电粉末可以具有纳米等级或微米等级的颗粒尺寸。例如，该导电粉末的粒径可能是几十纳米到几百纳米，或是几个到几十微米。另外，该导电性粉末可以是两种或两种以上具有不同颗粒尺寸的导电粉末的混合物。
该导电粉末可以具有球形、片状的或不定形的颗粒形状。
该导电粉末较佳地是具有0.1μm至10μm的平均粒径(D50)，更佳地是0.5μm至5μm。平均粒径的测量可例如，在25℃下通过超声波处理3分钟使将该导电粉末分散在异丙醇(isopropyl alcohol，IPA)，再以Model 1064D(CILAS公司制造)测量。当平均粒径在此范围内，该组成物可以降低接触电阻和线路电阻。
以该组成物的总重量计，该导电粉末的含量是60wt％至95wt％。在此范围内，该导电粉末可以防止因电阻上升而导致的转换效率劣化。更优选地，该导电粉末的含量是70wt％至90wt％。
(B)玻璃料
玻璃料是用于提升导电粉末与芯片或基材之间的黏着性，并且透过蚀刻一抗反射层并熔化该银粉末，以在一发射区域(emitter region)形成银晶粒(silver crystal grain)而能够减少电极糊(electrode paste)在烘烤过程中的接触电阻。此外，在烘烤过程中，该玻璃料会软化并降低烘烤温度。
为了改善太阳能电池的效率而增加面积或太阳能电池时，可能会有导致该太阳能电池有接触电阻上升的问题。因此，优选地是要在使开放电压(Voc)最大化的同时，尽量减小串联电阻(Rs)及其对于p-n接面的影响力。此外，随着使用了越来越多具有不同薄层电阻的各种芯片而使烘烤温度在一个广泛的范围内变化，玻璃料应确保足够的热稳定性，以承受宽广范围的烘烤温度。
太阳能电池以条带彼此连接而构成太阳能电池组。在这种情况下，太阳能电池电极与条带之间的低黏合力会导致电池脱离或可靠性下降。
在本发明中，为了确保太阳能电池具有理想的电气和物理性能，例如转换效率及黏合强度，使用一氧化铋-氧化碲-氧化锌-氧化锂(Bi2O3-TeO2-ZnO-LiO2)系玻璃料。
在一个实施例中，该氧化铋-氧化碲-氧化锌-氧化锂系玻璃料可包含5wt％至20wt％的氧化铋、55wt％至80wt％的氧化碲、0.1wt％至15wt％的氧化锌和0.1％wt至10wt％的氧化锂，较佳地是60wt％至80wt％的氧化碲。在此范围内，该玻璃料可以确保良好的黏合强度及优异的转换效率。
在另一个实施例中，该玻璃料还包含0.1wt％至10wt％的氧化钨(WO3)。
在另一个实施例中，该玻璃料还包括至少一种是选自于下列群组的金属氧化物：氧化磷(P2O5)、氧化硅(SiO2)、氧化镁(MgO)、氧化铈(CeO2)、氧化锶(SrO)、氧化钼(MoO3)、氧化钛(TiO2)、氧化锡(SnO)、氧化铟(In2O3)、氧化钒(V2O5)，氧化钡(BaO)、氧化镍(NiO)，氧化铜(Cu2O或CuO)、氧化钠(Na2O)、氧化钾(K2O)、氧化锑(Sb2O3，Sb2O4或8b2O5)、氧化锗(GeO2)、氧化镓(Ga2O3)、氧化钙(CaO)、氧化砷(As2O3)、氧化钻(CoO或Co2O3)、氧化锆(ZrO2)、氧化锰(MnO、Mn2O3或Mn3O4)、氧化铝(Al2O3)及氧化硼(B2O3)。相对于该玻璃料的总重量，前述金属氧化物的用量可以是0.1wt％至5wt％。
虽然该玻璃料可以进一步包括氧化铅(PbO)，但无铅玻璃料的有利之处在于提供优良的黏合强度。
该玻璃料可以通过任何典型的方法由这些金属氧化物制备而得。例如，该金属氧化物可以以预定的比例混合。混合可以使用球磨机或行星式研磨机进行。该混合组合物是在900℃至1300℃下熔融，然后进行骤冷至25℃。将所得到的生成物以圆盘式研磨机、行星式研磨机或其他类似机台进行粉碎，从而得到一玻璃料。
该玻璃料具有0.1μm至10μm的平均粒径(D50)，且以该组成物的总量计，该玻璃料的含量为0.5wt％至20wt％。该玻璃料具有球形或不定形的形状。
(C)有机载体
该有机载体透过与该用于太阳能电池电极的组成物的无机组分进行机械混合，赋予用于打印的该糊状组成物合适的黏度及流变性质。
该有机载体可以是任何典型的用于太阳能电池电极用组成物的有机载体，且可以包括一黏合剂树脂、一溶剂，以及类似物。
该黏合剂树脂可以使用丙烯酸酯树脂或纤维素树脂，或类似物。乙基纤维素一般是作为黏合剂树脂使用。此外，该黏合剂树脂可以使用乙基羟乙基纤维素、硝基纤维素、乙基纤维素和酚醛树脂的共混物、醇酸树脂、酚醛树脂、丙烯酸酯树脂、二甲苯树脂、聚丁烷树脂、聚酯树脂、尿素树脂、三聚氰胺树脂、乙烯乙酸酯树脂、木松香、聚甲基丙烯酸酯(polymethacrylate ofalcohols)或类似物。
该溶剂可以使用，例如，己烷、甲苯、乙基溶纤剂、环己酮、丁基溶纤剂，丁基卡必醇(二乙二醇单丁醚)、二丁基卡必醇(二乙二醇二丁醚)、丁基卡必醇乙酸酯(二甘醇单丁基醚乙酸酯)、丙二醇单甲基醚、己二醇、萜品醇、甲基乙基酮、苄醇、γ-丁内酯、乳酸乙酯及前述的组合。
以该组成物的总量计，该有机载体的含量为1wt％至30wt％。在此范围内，该有机载体可以确保足够的黏合强度和出色的可印刷性。
(D)添加剂
该组成物还可以进一步视需要包含典型的添加剂，来提升流动性能、加工性能，及稳定性。该添加剂可以包括分散剂、触变剂、增塑剂、黏度稳定剂、抗发泡剂、颜料、UV稳定剂、抗氧化剂、偶联剂及类似物，但并不限于此。前述添加剂可以单独使用或混合使用。以该组成物的总量计，该添加剂的含量为0.1wt％至5wt％，但此量可视需要而改变。
太阳能电池电极及包含其的太阳能电池
本发明的另一方面是关于一种由用于太阳能电池电极的组成物所形成的电极，以及包含该电极的太阳能电池。图1显示了根据本发明的一个实施例的太阳能电池结构。
参见图1，可以透过于一含有p-层(101)及n-层(102)的芯片或基材(100)上印刷或烘烤该组成物而形成一后电极(210)及一前电极(230)，其可作为一激发器。例如，制备该后电极的初步制程是透过将用于太阳能电池电极的组成物印刷于该芯片的后表面并于约200℃至约400℃下干燥该被印刷地组成物约10至60秒。此外，制备该前电极的初步制程是透过将用于太阳能电池电极的组成物印刷于该芯片的前表面并干燥。然后，前电极和后电极可以通过于400℃至1000℃下烘烤该芯片而形成，较佳地是于850℃至1000℃下，进行30至50秒。
发明的实施形态
接着，本发明将参照实施例进行更详细地描述。然而，需注意的是，这些实施例只用于提供说明的目的，不应该以任何方式被解释为限制本发明。
实施例
实施例1
根据如表1所示的组成物混合金属氧化物，并于900℃至1400℃下进行熔化和烧结，从而制备具有平均粒径(D50)2.5μm的氧化铋-氧化碲-氧化锌-氧化锂系玻璃料。
作为有机黏合剂，0.8wt％的乙基纤维素(STD4，Dow化学公司)在60℃下充分溶解在8.5wt％丁基卡必醇中，以及87wt％具有平均粒径2.0μm的球形银粉(AG-4-8，Dowa Hightech股份有限公司)、3wt％所制备的氧化铋-氧化碲-氧化锌-氧化锂系玻璃料、0.2wt％的分散剂BYK102(BYK-Chemie)及0.5wt％触变剂Thixatrol ST(Elementis股份有限公司)被添加至黏合剂溶液中，然后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。
透过丝网印刷使该所制得用于太阳能电池电极的组成物印刷于一结晶的单芯片的前表面上呈一预订的图形，之后在IR干燥炉中干燥。之后，将含铝的该用于电极的组成物印刷于该芯片的后面并以相同的方式干燥。将根据这个制程形成的电池于带式焙烧炉于980℃下进行烘烤40秒，并以太阳能电池效率测试仪CT-801(Pasan股份有限公司)对转换效率(％)、串联电阻Rs(Ω)及开放电压进行评估。之后，对该等电池的该等电极通入电流并于300℃至400℃下使用烙铁(Hakko股份有限公司)与一条带连接。之后，将该制得物以张紧器(Tinius Olsen)于180°的剥离角度为和50mm/min的拉伸率评价黏合强度(N/mm)。所测得的转换效率、串联电阻、开放电压及黏合强度详细记载于表1。
实施例2至20及比较例1至6
用于太阳能电池电极的组成物是以与实施例1相同的方式制备及评估物性，除了该玻璃料是以如表1所示的组成来制备。结果显示于表1。
表1
如表1所示，可以确认的是，实施例1-20的组成物所制得的太阳能电池电极具有低串联电阻、高开放电压，且对于有条带相当高的黏合强度，因此能提供优异的转换效率，相较之下比较例1至6的玻璃料的组成物无法满足本发明的需求。
尽管已经描述了一些实施例中，对于本技术领域的技术人员该等实施例很明显地是仅作为示例之用，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以作出各种修改，变化，改变以及等同的实施方案。本发明的范围应当仅受到所附的权利要求及其等同物的限制。

Claims (10)

1.一种用于太阳能电池电极的组成物，包含：
一导电粉末、
一玻璃料，及
一有机载体；
其中，该玻璃料是一氧化铋-氧化碲-氧化锌-氧化锂系玻璃料，包括：5wt％至20wt％的氧化铋、55wt％至80wt％的氧化碲、0.1wt％至15wt％的氧化锌及0.1wt％至10wt％的氧化锂。
2.根据权利要求1所述的组成物，其中，该玻璃料还包括0.1wt％至10wt％的氧化钨(WO3)。
3.根据权利要求1所述的组成物，其中，该玻璃料还包括至少一种是选自于下列群组的金属氧化物：氧化磷(P2O5)、氧化硅(SiO2)、氧化镁(MgO)、氧化铈(CeO2)、氧化锶(SrO)、氧化钼(MoO3)、氧化钛(TiO2)、氧化锡(SnO)、氧化铟(In2O3)、氧化钒(V2O5)，氧化钡(BaO)、氧化镍(NiO)，氧化铜(Cu2O或CuO)、氧化钠(Na2O)、氧化钾(K2O)、氧化锑(Sb2O3，Sb2O4或Sb2O5)、氧化锗(GeO2)、氧化镓(Ga2O3)、氧化钙(CaO)、氧化砷(As2O3)、氧化钴(CoO或Co2O3)、氧化锆(ZrO2)、氧化锰(MnO、Mn2O3或Mn3O4)、氧化铝(Al2O3)及氧化硼(B2O3)。
4.根据权利要求1所述的组成物，其中，该玻璃料包括60wt％至80wt％的氧化碲。
5.根据权利要求1所述的组成物，包含：60wt％至95wt％的该导电粉末、0.5wt％至20wt％的该玻璃料及1wt％至30wt％的该有机载体。
6.根据权利要求1所述的组成物，其中，该玻璃料具有0.1μm至10μm的平均粒径(D50)。
7.根据权利要求1所述的组成物，其中，该导电粉末包括银(Ag)粉末。
8.根据权利要求1所述的组成物，其中，该导电粉末具有0.1μm至10μm的平均粒径(D50)。
9.根据权利要求1所述的组成物，还包括：至少一种是选自于下列群组的添加剂：分散剂、触变剂、增塑剂、黏度稳定剂、抗发泡剂、颜料、UV稳定剂、抗氧化剂及偶联剂。
10.一种太阳能电池电极，是由权利要求1至9中任一项所述的用于太阳能电池电极的组成物所制得。
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