CN105190779A - 用于形成太阳电池电极的组成物及由其形成的电极 - Google Patents
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Abstract
本发明是涉及一种用于形成太阳电池电极的组成物，所述组成物包括：银粉、氧化铋-氧化碲-氧化钨基玻璃料以及有机载体，其中，玻璃料包括：作为第一金属氧化物的约40重量％至约60重量％的氧化铋；作为第二金属氧化物的约0.025重量％至约15重量％的氧化碲；作为第三金属氧化物的约10重量％至约20重量％的氧化钨；以及约15重量％至约25重量％的第四金属氧化物，其为与第一金属氧化物至第三金属氧化物不同的金属氧化物。由所述用于太阳电池电极的组成物形成的太阳电池电极对于焊带具有优异的附着强度，并具有最小化的串联电阻(Rs)，从而获得优异的转换效率。
Description
技术领域
本发明是有关于一种太阳电池电极用组成物及使用其制作的电极。
背景技术
太阳电池使用pn接面的光伏效应来产生电能，光伏效应是将太阳光的光子(photon)转化为电。在太阳电池中，前电极和背电极分别形成于有pn接面的半导体晶圆或基板的上表面和下表面上。
接着，进入半导体晶圆的太阳光诱发pn接面的光伏效应，而产生电子经由电极提供电流给外部。藉由涂布、图案化与烘烤电极用组成物，将太阳电池的电极形成于晶圆上。
为了改善太阳电池效率而持续减少射极(emitter)的厚度可能会造成分流(shunting)，而可能使太阳电池性能变差。此外，为了实现高效率，已逐渐增加太阳电池的面积。然而，在此情况下，可能会有太阳电池的接触电阻增加而导致效率变差的问题。
藉由焊带将太阳电池(cell)彼此连接，以构成太阳电池组。在此情况下，电极与焊带之间的低附着性可能会造成大的串联电阻并使转换效率变差。
此外，如果使用包括传统的含铅玻璃料的太阳电池电极用组成物来制作电极，电极对于焊带表现出不足的附着强度。关于此点，发明人开发了一种能够克服上述问题的太阳电池。
发明内容
技术问题
本发明的一个态样是提供一种太阳电池电极用组成物，其对于焊带具有优异的附着强度。
本发明的另一个态样是提供一种太阳电池电极用组成物，其可最小化串联电阻(Rs)。
本发明的另一个态样是提供一种太阳电池电极用组成物，其具有优异的转换效率。
本发明的上述及其他态样与特征可藉由下文所述的本发明内容来实现。
技术方案
根据本发明的一个态样，太阳电池电极用组成物包括：银粉、氧化铋-氧化碲-氧化钨基玻璃料以及有机载体，其中，玻璃料包括作为第一金属氧化物的约40重量％至约60重量％的氧化铋、作为第二金属氧化物的约0.25重量％至约15重量％的氧化碲、作为第三金属氧化物的约10重量％至约20重量％的氧化钨以及与第一金属氧化物至第三金属氧化物不同的约15重量％至约25重量％的第四金属氧化物。
第四金属氧化物可包括氧化锂、氧化钒、氧化硅、氧化铋、氧化锌、氧化镁、氧化硼和氧化铝中至少一个的金属氧化物。
上述组成物可包括约60重量％至约95重量％的银粉、约0.5重量％至约20重量％的氧化铋-氧化碲-氧化钨基玻璃料以及约1重量％至约30重量％的有机载体。
上述玻璃料的平均粒径(D50)可为约0.1μm至约5μm。
上述组成物可还包括分散剂、触变剂、塑化剂、粘度稳定剂、消泡剂、色素、UV稳定剂、抗氧化剂以及偶合剂中至少一个的添加物。
根据本发明的另一个态样，提供一种使用上述太阳电池电极用组成物所形成的太阳电池电极。
有利效果
依据本发明的实施例的太阳电池店及用组成物所形成的太阳电池电极对于焊带具有优异的附着强度且最小化串联电阻(Rs)，藉此提供优异的转换效率。
附图说明
图1是使用根据本发明的一实施例的组成物所制作的太阳电池的示意图。
具体实施方式
太阳电池电极用组成物
根据本发明的太阳电池电极用组成物包括银粉、氧化铋-氧化碲-氧化钨基玻璃料以及有机载体。上述组成物对于将太阳电池(cell)彼此连接的焊带表现出优异的附着强度并减少串联电阻(Rs)，从而提供优异的填充因子(FillFactor)与转换效率。
现在将更详细地说明本发明。
(A)银粉
根据本发明的太阳电池电极用组成物包括银(Ag)粉。作为第一金属粉末的银粉为导电性粉末。银粉的颗粒大小可为纳米或微米尺度。
举例而言，银粉可具有数十至数百纳米的颗粒大小或数个至数十微米的颗粒大小。或者，银粉可为两种或更多种具有不同颗粒大小的银粉的混合物。
银粉可为球形、片状或无定形。
银粉较佳的平均粒径(D50)为约0.1μm至约10μm，更佳为约0.5μm至约5μm。举例而言，可在25℃下透过超声波震荡3分钟，将导电性粉末分散于异丙醇(IPA)中之后，使用型号1064LD(希拉斯(CILAS)有限公司)来量测平均粒径。平均粒径在上述范围内的组成物可提供低的接触电阻与低的线电阻。
基于组成物的总重量而言，银粉的量可为约60重量％至约95重量％。在上述范围内的导电性粉末可防止电阻增加而造成转换效率变差。有利的是，导电性粉末存在的量为约70重量％至约90重量％。
(B)氧化铋-氧化碲-氧化钨基玻璃料
玻璃料(glassfrit)是用来加强导电性粉末与晶圆或基底之间的附着性，并用来在射极区中藉由蚀刻(etching)抗反射层与熔化银粉来形成银晶粒，以在电极膏的烘烤制程期间减少接触电阻。此外，在烘烤制程期间，玻璃料软化且降低了烘烤温度。
当为了改善太阳电池效率而增加太阳电池的面积时，可能会有太阳电池的接触电阻增加的问题。因此，需要减少串联电阻以及对pn接面(pnjunction)的影响。
此外，随着增加使用具有不同片电阻的各种晶圆，烘烤温度会在一宽广的范围内变化，而此时玻璃料必须保证有足够的热稳定性，以承受一宽广的范围的烘烤温度。
藉由焊带将太阳电池(cell)彼此连接，以构成太阳电池组。在此情况下，太阳电池电极与焊带之间的低附着强度(adhesionstrength)可能会造成电池(cell)分离或可靠度变差。
在本发明中，为了确保太阳电池具有理想的电气性能与物理性能(例如转换效率与附着强度)，使用无铅的氧化铋-氧化碲-氧化钨(Bi2O3-TeO2-WO3)基玻璃料。
上述无铅的氧化铋-氧化碲-氧化钨基玻璃料实质上包括作为第一金属氧化物至第三金属氧化物的氧化铋、氧化碲以及氧化钨，且可还包括与第一金属氧化物至第三金属氧化物不同的第四金属氧化物。
在一实施例中，玻璃料可包括作为第一金属氧化物的约40重量％至约60重量％的氧化铋、作为第二金属氧化物的约0.25重量％至约15重量％的氧化碲、作为第三金属氧化物的约10重量％至约20重量％的氧化钨以及约15重量％至约25重量％的第四金属氧化物。在上述范围内的玻璃料可同时保证有优异的附着强度与优异的转换效率(Efficiency)。
第四金属氧化物可包括氧化锂、氧化钒、氧化硅、氧化铋、氧化锌、氧化镁、氧化硼和氧化铝中的至少一个。
可藉由任何典型的方法，自上述金属氧化物制备玻璃料。举例而言，可将金属氧化物以预先决定好的比例混合。可使用球磨机(ballmill)或行星式磨机(planetarymill)来进行上述混合。
将混合好的组成物在约900℃至约1300℃下熔化，接着冷却(quenching)到25℃。使得到的产物经过圆盘粉碎机(diskmill)、行星式磨机等的研磨，从而提供玻璃料。
玻璃料的平均粒径(D50)可为约0.1μm至约10μm，且基于组成物的总重量而言，玻璃料的量可为约0.5重量％至约20重量％。玻璃料可为球形或无定形。
(C)有机载体
经由与太阳电池电极用组成物的无机成分机械混合，有机载体赋予膏组成物合适的粘度与流变特性，使其适于印刷。
有机载体可为任何用于太阳电池电极用组成物的典型的有机载体，且上述有机载体可包括粘合剂树脂、溶剂等。
粘合剂树脂可包括丙烯酸树脂、纤维素树脂等。通常将乙基纤维素使用作粘合剂树脂。此外，粘合剂树脂可包括乙基羟乙基纤维素、硝化纤维素、乙基纤维素与酚醛树脂的掺合物、醇酸树脂、酚醛树脂、丙烯酸酯树脂、二甲苯树脂、聚丁烯树脂、聚酯树脂、尿素树脂、三聚氰胺树脂、乙酸乙烯酯树脂、木松香(rosin)、醇类的聚甲基丙烯酸酯等。
溶剂的实例可包括己烷、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(二乙二醇单丁醚乙酸酯)、丙二醇单甲醚、己二醇、松油醇(Terpineol)、甲基乙基酮、芐醇、γ-丁内酯、乳酸乙酯等。可单独使用这些溶剂或将其两种以上组合使用。
基于组成物的总重量而言，有机载体的量可为约1重量％至约30重量％。在上述范围内的有机载体可提供组成物足够的附着强度与优异的可印刷性。
(D)添加物
视需要，组成物可还包括典型的添加物，以加强流动性、加工性与稳定性。
添加物可包括分散剂、触变剂、塑化剂、粘度稳定剂、消泡剂、色素、UV稳定剂、抗氧化剂、偶合剂等，且本发明不限于此。可单独使用这些添加物或将其两种以上组合使用。在组成物中，这些添加物的量可为约0.1重量％至约5重量％，然而可视需要改变上述的量。
太阳电池电极以及包括其的太阳电池
本发明的另一态样是关于由太阳电池电极用组成物形成的电极以及包括此电极的太阳电池。图1呈现根据本发明的一实施例的太阳电池。
参照图1，藉由将组成物印刷于包括p层(101)与n层(102)作为射极的基底或晶圆(100)上，并进行烘烤，可形成背电极(210)与前电极(230)。
举例而言，用于制备背电极的初步处理是藉由将组成物印刷于晶圆的背表面，并将印刷的组成物于约200℃至约400℃下干燥约10秒至约60秒来进行。
此外，用于制备前电极的初步处理可藉由将膏印刷于晶圆的前表面并将印刷的组成物干燥来进行。接着，可藉由在约400℃至约950℃下，较佳为约850℃至约950℃下烘烤晶圆约30秒至约50秒来形成前电极与背电极。
发明实例
接着，参照实例来更详细地说明本发明。然而，应理解的是，这些实例仅用来提供作说明用，而不应理解为以任何形式来限制本发明。
实例
实例1
根据表1所列的组成，将作为第一金属氧化物至第三金属氧化物的氧化铋、氧化碲与氧化钨以及作为第四金属氧化物的氧化锂与氧化钒混合，并在900℃至1400℃下，使其熔化并烧结，从而制备平均粒径(D50)为2.0μm的氧化铋-氧化碲-氧化钨基玻璃料。
于60℃下，将0.8重量％的乙基纤维素(陶氏化学公司(Dowchemicalcompany)，STD4)充分溶解于8.5重量％的丁基卡必醇(ButylCarbitol)中，作为有机粘合剂。将86.3重量％的平均粒径为2.0μm的球形银粉(同和高科技有限公司(DowaHightechCO.LTD)，AG-4-8)、3.5重量％的制备好的氧化铋-氧化碲-氧化钨基玻璃料、0.2重量％的分散剂BYK102(毕克有限公司(BYK-chemie))以及0.5重量％的触变剂ThixatrolST(海名斯有限公司(Elementisco.))加入上述粘合剂溶液中。接着，将上述溶液于三辊捏合机中混合并捏合，从而制备太阳电池电极用组成物。
藉由网印将制备好的组成物以预定的图案形式沉积于结晶单晶圆(Wafer)的前表面的上方后，于红外线干燥炉中将其干燥。接着，将含铝的电极用组成物印刷于晶圆的背侧上，并以相同方式将其干燥。
在带式烘烤炉中，将根据这些步骤所形成的电池(Cell)在940℃下烘烤40秒，并使用太阳电池(Cell)效率测试仪(帕山(Pasan)有限公司，CT-801)来评价其转换效率(％)以及串联电阻Rs(Ω)。
接着，对电池的电极施加焊剂(flux)，并使用焊铁(白光(HAKKO)有限公司)，于300℃至400℃下黏接至焊带。然后，使用张力器(天氏欧森(TmiusOlsen)有限公司)，在剥离角度为180°且拉伸率为50mm/min的条件下，评价产物的附着强度。
将量测的转换效率、串联电阻以及附着强度(N/mm)示于表1中。
实例2至实例5以及比较例1至比较例6
除了将玻璃料以列于表1中的组成来制备之外，太阳电池电极用组成物是以和实例1相同的方式来制备与评价其物性。其结果示于表1中。
表1
[表1]
如表1所示，相较于使用铅玻璃料的比较例1以及玻璃料的组成未满足本发明的比较例2至比较例6的太阳电池电极而言，使用实例1至实例5制备的组成物所制作的太阳电池电极表现出对于焊带显著较高的附着强度以及低的串联电阻与优异的转换效率。
应理解的是，任何所属技术领域中具有通常知识的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可完成各种修改、改变、更动与均等的实施例。
Claims (6)
1.一种太阳电池电极用组成物，包括：银粉；氧化铋-氧化碲-氧化钨基玻璃料；以及有机载体，其中所述玻璃料包括作为第一金属氧化物的约40重量％至约60重量％的氧化铋、作为第二金属氧化物的约0.25重量％至约15重量％的氧化碲、作为第三金属氧化物的约10重量％至约20重量％的氧化钨以及与所述第一金属氧化物至所述第三金属氧化物不同的约15重量％至约25重量％的第四金属氧化物。
2.根据权利要求1所述的太阳电池电极用组成物，其中所述第四金属氧化物包括氧化锂、氧化钒、氧化硅、氧化铋、氧化锌、氧化镁、氧化硼以及氧化铝中至少一个的金属氧化物。
3.根据权利要求1所述的太阳电池电极用组成物，包括：约60重量％至约95重量％的所述银粉；约0.5重量％至约20重量％的所述氧化铋-氧化碲-氧化钨基玻璃料；以及约1重量％至约30重量％的所述有机载体。
4.根据权利要求1所述的太阳电池电极用组成物，其中所述玻璃料的平均粒径(D50)为约0.1μm至约5μm。
5.根据权利要求1所述的太阳电池电极用组成物，还包括：分散剂、触变剂、塑化剂、粘度稳定剂、消泡剂、色素、UV稳定剂、抗氧化剂以及偶合剂中至少一个的添加物。
6.一种太阳电池电极，由权利要求1至5中任一所述的太阳电池电极用组成物所制备。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20151223 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |