CN105989910A

CN105989910A - 用于局部背面场太阳能电池的导电铝胶及太阳能电池

Info

Publication number: CN105989910A
Application number: CN201510069447.9A
Authority: CN
Inventors: 薛祥明; 白友钦
Original assignee: Pancolour Ink Co Ltd
Current assignee: Pancolour Ink Co Ltd
Priority date: 2015-02-10
Filing date: 2015-02-10
Publication date: 2016-10-05

Abstract

本发明公开了一种用于局部背面场太阳能电池的导电铝胶，包含：铝粉；有机载体，其包含树脂及溶剂；以及氧化钒。此外，本发明亦公开一种包含上述导电铝胶的太阳能电池。本发明的一种用于局部背面场太阳能电池的导电铝胶及应用该导电铝胶的太阳能电池，可以在完全排除或减少含铅量的情况下，提升局部背面场太阳能电池的光电转换效率与拉力。

Description

用于局部背面场太阳能电池的导电铝胶及太阳能电池

技术领域

本发明涉及一种导电铝胶，尤其涉及一种含氧化钒的导电铝胶。本发明亦涉及一种应用该导电铝胶的太阳能电池。

背景技术

太阳能电池是一种将太阳光转换成直流电能输出的一种装置，其中硅基太阳能电池为太阳能发电的主流(占产业比重80％以上)，业界现有产品多为采用P型硅基材为基底，在受光面以高温磷扩散(phosphorous diffusion)形成n⁺射极，形成P-N结二极管；接着在n⁺表面形成一层60～80nm的抗反射层；随后在抗反射层上网版印刷30～90μm的细长栅状银电极与正面汇流电极(busbar)；另一面(p面)也印上背面汇流电极，接着印上铝胶做为铝源，其目的是在高温环境下与硅基形成铝硅合金与背面场(back surface field,BSF)层，可以避免少数载子在背面复合(recombination)的机会。

太阳能电池厂为了提升最佳的效率表现，在2013年起已经逐步导入局部背面场(local back surface field,LBSF)的技术，这一技术的另一别名为射极钝化及背电极(Passivated Emitter and Rear Contact,PERC)，其作法为使用镀膜的方式镀上至少两层以上的氧化层(一层底氧化层/一层顶氧化层)，其中底氧化层用以修复硅芯片表面的缺陷；顶氧化层(cap layer)保护底氧化层不被铝胶破坏且增加光学反射。两层氧化层镀膜完毕后，常见使用镭射或是酸蚀刻形成开口(30～40μm并行线开口或是200μm直径的点状开口)，并印上铝胶进入快速高温烧结炉共烧。这一作法铝胶只会在开口处形成局部背面场，故名为局部背面场技术。

LBSF技术面临一个主要的技术问题是：常规铝胶对于底顶两层氧化层的腐蚀性太强，导致底氧化层修复缺陷的能力减弱或消失。如果要减轻铝胶的腐蚀性，也会减少铝胶对于顶氧化层的附着力。

为解决这一问题，一般铝胶业界的作法是设计低腐蚀性的铝胶，例如，专利文献CN 103545013、US 2011120535A1、US 2013183795A1中使用高含铅量的玻璃粉，利用氧化铅(PbO)易熔解、易反应的特性，强化铝胶与顶氧化层的附着力。

但常规铝胶已是无铅系统，上述用于LBSF的铝胶却使用高含铅量的玻璃粉，实有违现今的环保潮流与安全标准。因此，如何开发出一种可用于LBSF的导电铝胶，可以在减少氧化铅用量的情况下，保持一样的光电转换效率与拉力，是所有LBSF研发人员引颈期盼的技术重点。

发明内容

为解决上述现有技术的缺陷，本发明提供一种用于局部背面场太阳能电池的导电铝胶及应用该导电铝胶的太阳能电池。由此改善现有用于局部背面场太阳能电池的导电铝胶，必须使用高含铅量的玻璃粉，来提升太阳能电池的光电转换效率与拉力的问题。

为达上述目的及其他目的，本发明提供一种用于局部背面场太阳能电池的导电铝胶，包含：铝粉；有机载体，其包含树脂及溶剂；以及氧化钒。

上述的导电铝胶，其中可直接添加氧化钒，且该氧化钒的添加量不高于该导电铝胶总重的1.5％。

上述的导电铝胶，其中可通过添加含氧化钒的玻璃粉，使该导电铝胶包含氧化钒。

上述的导电铝胶，其中该玻璃粉中，氧化钒的含量不高于75％。

上述的导电铝胶，其中该玻璃粉的含量不高于该导电铝胶总重的10％。

上述的导电铝胶，其中该玻璃粉的含量不高于该导电铝胶总重的3％。

上述的导电铝胶，其中该铝粉的含量较佳占该导电铝胶总重的65～75％。

上述的导电铝胶，其中该铝粉较佳包含：小颗铝粉，其粒径小于3μm；以及大颗铝粉，其粒径为3～8μm，其中该小颗铝粉的含量不高于该导电铝胶总重的30％。

上述的导电铝胶，其中该小颗铝粉的含量较佳占该导电铝胶总重的5～25％。

上述的导电铝胶，其中该有机载体较佳占该导电铝胶总重的10～30％。

上述的导电铝胶，其中该有机载体较佳占该导电铝胶总重的20～28％。

上述的导电铝胶，其中该有机载体包含：树脂，其可选自由乙基纤维素、木松香及聚丙烯腈所组成的群组；以及溶剂。

上述的导电铝胶，其中可进一步包含：添加剂，其选自由分散剂、流平剂、脱泡剂、抗沉降剂、触变助剂及偶合剂所组成的群组。

为达上述目的及其他目的，本发明亦提供一种太阳能电池，其包含上述的导电铝胶。

本发明的一种用于局部背面场太阳能电池的导电铝胶及应用该导电铝胶的太阳能电池，可以在完全排除或减少铅含量的情况下，提升局部背面场太阳能电池的光电转换效率与拉力。

具体实施方式

为充分了解本发明的目的、特征及技术效果，兹由下述具体实施例，对本发明做详细说明，说明如下：

本发明所提供的导电铝胶大体上包含了铝粉、有机载体以及氧化钒，亦可进一步包含玻璃粉及各类添加剂。

铝粉可占该导电铝胶总重的65～80％，较佳为70～76％。

铝粉较佳可由两种以上颗粒大小组成，可粗分为小颗铝粉与大颗铝粉两类，若小颗铝粉粒径小于3μm，大颗铝粉粒径为3～8μm，小颗铝粉占该导电铝胶总重不高于30wt％，以5～25wt％为佳。

氧化钒(V₂O₅)用以提高本发明的导电铝胶对基板的附着性与控制该导电铝胶的反应特性。氧化钒可直接以氧化物的形式添加于本发明的导电铝胶中，用以搭配其他无铅玻璃粉，或搭配含铅玻璃粉以减少含铅玻璃粉的使用量。亦可通过添加含氧化钒的玻璃粉，使本发明的导电铝胶包含氧化钒，该玻璃粉可由多种元素或化合物在高温下熔融制得，该玻璃粉中至少包含氧化钒，且该玻璃粉中氧化钒的含量以不超过75wt％为佳。例如，可将氧化钒、氧化锌、氧化磷及氧化锑在高温下熔融，制得含氧化钒的V₂O₅-ZnO-P₂O₅-Sb₂O₃玻璃粉。该玻璃粉的平均粒径小于6.0μm，含量占导电胶总重的0～10wt％，以不高于3wt％为最佳。

有机载体用以提供网印性与干燥强度。由至少一种的树脂与至少一种的有机溶剂调配而成，树脂可为乙基纤维素、木松香或聚丙烯腈，但并不以此为限；溶剂可为酯醇成膜剂(EASTMAN CHEMICALCOMPANY)、松油醇或二乙二醇丁醚等，但并不以此为限；有机载体占该导电铝胶总重的10～30wt％，以20～28wt％为佳。

添加剂用以强化铝胶的稳定性、印刷性、平坦性、反应性高低与粉体密着性，可以选择分散剂、流平剂、脱泡剂、抗沉降剂、触变助剂、偶合剂等，但并不以此为限，添加剂总和占该导电铝胶总重的0～5wt％，以0～1.3wt％为佳。

本发明实施例1～4及比较例1～4的导电铝胶依照下列表一及表二所示的配方及百分比配制，其中表一的组别未直接添加氧化钒，实施例1中通过添加含氧化钒的玻璃粉，使该导电铝胶包含氧化钒，表二的组别则直接添加氧化钒于导电铝胶中：

表一

表二

实施例1

实施例1的导电铝胶通过下列步骤制备：

步骤一(有机载体制作)：将乙基纤维素(ETHOCEL Std 20)/松油醇/二乙二醇丁醚以15:20:65的比例加入反应槽中，110℃油浴下以300rpm的方式搅拌3小时以上，直至完全溶解。

步骤二：依照表一所示的配方及百分比，于步骤一所制得的有机载体中添加含氧化钒的玻璃粉、铝粉等其他配方，配制成300g的混合铝胶。

步骤三：以高速搅拌机搅拌步骤二制得的混合铝胶3分钟，使其充分混合后，以三辊研磨机(厂牌型号：Exakt 80E)研磨三次，可得黏度为30～50Pa·s，平均粒径为6μm的导电铝胶。

实施例2～4及比较例1～4

实施例2～4及比较例1～4的导电铝胶通过与实施例1相同的步骤制备，但于步骤二中，分别依据表一或表二改变配方及百分比。

测试例

使用上述实施例1～4及比较例1～4制得的导电铝胶，依照下列步骤制备太阳能电池：

步骤一(印刷)：以网印方式将背面银胶与正面银胶分别印在LBSF半成品(正面SiN_x,背面为6nm Al₂O₃底氧化层+80nm SiN_x顶氧化层)硅基材背面与正面以200℃烘箱干燥后，在硅基材背面的背面银胶未覆盖之处，印上实施例1～4及比较例1～4制得的导电铝胶，导电铝胶与背面银胶间，须有部分重叠。调控印刷参数与网版网筛数以控制印重为1.1g，重新置入200℃烘箱干燥3分钟，制得待烧结的印刷硅基材。

步骤二(烧结)：干燥步骤完成后，将步骤一制得的待烧结的印刷硅基材置入红外线快速烧结炉(Despatch CF furnace)进行烧结，制得太阳能电池。烧结步骤中，相关参数设定为Z1/Z2/Z3/Z4/Z5/Z6/speed＝500℃/550℃/600℃/680℃/830℃/930℃/230ipm，该红外线快速烧结炉通过输送带输送该待烧结的印刷硅基材，使该待烧结的印刷硅基材通过Z1～Z6等不同的温区，输送带的输送速度(speed)为230ipm(英寸/分钟)。

依据上述步骤，分别使用实施例1～4及比较例1～4的导电铝胶制作太阳能电池，就下列性质进行测试：

光电转换效率测量：使用太阳能电池片仿真测试系统，测试太阳能电池的光电转换效率(％)、开路电压(Voc(mv))及填充因子(FF(％))，测试机台型号为芬兰Endeas公司生产的QuickSun 120CA。

拉力：将EVA膜裁成1×10cm长条，将该EVA膜置于太阳能电池的背面，经过层压机150℃热压三次，使该EVA膜热压于太阳能电池的背面，以拉力计测量EVA膜与太阳能电池之间的最大拉力值，低于10N(牛顿)为NG(No Good，不可以)。

耐水性：于烧杯中加入去离子水500cc后，放置在加热板上加热至水温为75℃，将太阳能电池平放于底部，10分钟之内有连续起泡即为NG。

翘曲：烧结后冷却太阳能电池1小时，使用厚薄规测量厚度，超过1.8mm即为NG。

铝凸：烧结后的太阳能电池表面有橘皮状凸起，即是NG。

上述性质的测试结果，汇整于下列表三及表四中，并以粗体字标示不佳的测试结果：

表三

表四

由表三的测试结果可了解到，使用含氧化钒的玻璃粉的实施例1及比较例3在光电转换效率(％)、开路电压(Voc(mv))及填充因子(FF(％))等特性上，皆与使用含铅玻璃粉的比较例1及比较例2相当或稍优于比较例1及比较例2；在拉力特性上，实施例1及比较例3则明显优于比较例1及比较例2，显示使用含氧化钒的玻璃粉，可使制得的太阳能电池具有较佳的拉力特性。进一步对照实施例1及比较例3的配方比例及测试结果可了解，比较例3使用含80％氧化钒的玻璃粉，导致翘曲及铝凸的现象，相较之下，实施例1使用含55％氧化钒的玻璃粉，并未出现翘曲及铝凸的现象。因此，在通过添加含氧化钒的玻璃粉，使本发明的导电铝胶包含氧化钒的情况下，该玻璃粉中氧化钒的含量以不超过75wt％为佳。

再者，由表四的测试结果可了解，在直接添加0.9～1.5％的氧化钒的情况下(实施例2～4)，进一步添加含氧化铋(实施例2)、含氧化钒(实施例3)或含氧化铅(实施例4)的玻璃粉，皆可使制得的太阳能电池具有良好的光电性质、拉力及耐水性，且未出现翘曲及铝凸的现象。进一步对照实施例2及比较例4的配方比例及测试结果可了解，比较例4直接添加2.0％的氧化钒，导致翘曲及铝凸的现象，相较之下，实施例2直接添加0.9％的氧化钒，并未出现翘曲及铝凸的现象。因此，直接添加氧化钒的情况下，氧化钒的添加量以不高于该导电铝胶总重的1.5％为佳。

本发明在上文中已以较佳实施例揭露，然而本领域技术人员应理解的是，该实施例仅用于描绘本发明，而不应解读为限制本发明的范围。应注意的是，凡与该实施例等效的变化与置换，均应视为涵盖于本发明的范畴内。因此，本发明的保护范围当以权利要求书所限定的内容为准。

Claims

1.一种用于局部背面场太阳能电池的导电铝胶，其特征在于，包含：

铝粉；

有机载体，其包含树脂及溶剂；以及

氧化钒。

2.如权利要求1所述的导电铝胶，其特征在于，直接添加氧化钒，且该氧化钒的添加量不高于该导电铝胶总重的1.5％。

3.如权利要求1所述的导电铝胶，其特征在于，通过添加含氧化钒的玻璃粉，使该导电铝胶包含氧化钒。

4.如权利要求3所述的导电铝胶，其特征在于，该玻璃粉中，氧化钒的含量不高于75％。

5.如权利要求3所述的导电铝胶，其特征在于，该玻璃粉的含量不高于该导电铝胶总重的10％。

6.如权利要求5所述的导电铝胶，其特征在于，该玻璃粉的含量不高于该导电铝胶总重的3％。

7.如权利要求1～6中任一项所述的导电铝胶，其特征在于，该铝粉的含量占该导电铝胶总重的65～75％。

8.如权利要求7所述的导电铝胶，其特征在于，该铝粉包含：

小颗铝粉，其粒径小于3μm；以及

大颗铝粉，其粒径为3～8μm，

其中该小颗铝粉的含量不高于该导电铝胶总重的30％。

9.如权利要求1～6中任一项所述的导电铝胶，其特征在于，进一步包含：

添加剂，其选自由分散剂、流平剂、脱泡剂、抗沉降剂、触变助剂及偶合剂所组成的群组。

10.一种太阳能电池，其特征在于，包含如权利要求1～9中任一项所述的导电铝胶。