CN106558353A - 用于太阳能电池工艺的导电浆料 - Google Patents

Abstract

一种用于太阳能电池工艺的导电浆料，包含一有机物载体、一导电材料及一玻璃介质，该导电材料与该玻璃介质分散于该有机物载体内，该玻璃介质包含重量百分比介于0.1wt.％至20wt.％之间的二氧化硅、重量百分比介于20wt.％至80wt.％之间的二氧化碲、重量百分比介于5wt.％至40wt.％之间的三氧化二铋、重量百分比介于0.1wt.％至5wt.％之间的氧化锂及重量百分比介于0.1wt.％至20wt.％之间的氧化锌。藉由氧化锌取代现有含铅材料，能够达到环保与降低污染的功效。

Description

用于太阳能电池工艺的导电浆料

技术领域

本发明为涉及一种用于太阳能电池的化学材料，尤其涉及一种用于太阳能电池工艺的导电浆料。

背景技术

传统的太阳能电池基本结构是藉由一p型半导体与一n型半导体相互接合而形成一太阳能电池基板，该p型半导体与该n型半导体之间会形成一p-n接面(P-N junction)，当接受太阳光照射时，太阳能电池会在该p-n接面处产生电子电洞对(Hole-electron pair)。由于该p型半导体中具有较高的电洞密度；而在该N型半导体中具有较高的电子密度，因此在该p-n接面处，该电子电洞对的电子会往该n型半导体处移动，而该电子电洞对的电洞则会往该p型半导体处移动，进而产生电流，最后再利用导电电极将电流收集进行使用。前述的太阳能电池可参美国发明专利公开第US 2013/0247976号、US2014/0083489号。

此外，现有太阳能电池多含有铅的成分，如美国发明公开第US2011/0120548号专利所揭露的太阳能电池结构，其包括：一基板，具有一正面、一背面及贯穿该基板的一孔洞；一第一电极，自该基板的该背面至少填满该孔洞；以及一第二电极，配置在该基板的该正面并位于该第一电极上，其中，形成该第一电极的银胶的氧化铅含量实质上占其玻璃质的20wt％或更低，形成该第二电极的银胶的氧化铅含量实质上占其玻璃质的大于20wt％。或者，如美国公告第US 8,497,420号专利所揭露用以制造太阳能电池的厚膜浆料组合物，该厚膜浆料组合物，包含：a)基于所述组合物中的总固体计，85-99.5重量％的导电金属或其衍生物；b)基于固体计0.5-15重量％的铅-碲-锂-钛氧化物；以及c)有机介质。

然而，铅是属于一种累积性且有毒的金属，在制造太阳能电池的过程以及处理废弃太阳能电池过程中容易产生含铅的废气与废水，若不谨慎处理就排出，除了污染环境与直接毒害自然界生物外，人体亦会因空气污染吸入铅，或者吃下受污染的食物(如受含铅废水污染的鱼类)而摄入铅。铅不容易代谢和降解，会破坏儿童的神经系统，并导致血液循环系统和脑的疾病。长期接触铅和它的盐(尤其是可溶的和强氧化性的PbO2)会导致肾病和类似绞痛的腹痛，并会增加致癌与突变的风险。而且，铅在人体里积蓄后很难自动排除，只能通过某些药物来清除，长期累积后对人体造成相当程度的危害。因此，现有太阳能电池所使用的制造材料亟待改善与调整，以免造成环境污染以及对人体造成直接或间接的危害。

发明内容

本发明的主要目的，在于解决现有用于制造太阳能电池的材料，含有铅会造成环境污染与对人体造成危害的问题。

为达上述目的，本发明提供一种用于太阳能电池工艺的导电浆料，包含一有机物载体、一导电材料以及一玻璃介质，该导电材料与该玻璃介质分散于该有机物载体内，该玻璃介质包含重量百分比介于0.1wt.％至20wt.％之间的二氧化硅、重量百分比介于20wt.％至80wt.％之间的二氧化碲、重量百分比介于5wt.％至40wt.％之间的三氧化二铋、重量百分比介于0.1wt.％至5wt.％之间的氧化锂以及重量百分比介于0.1wt.％至20wt.％之间的氧化锌。

由上述可知，本发明用于太阳能电池工艺的导电浆料，藉由氧化锌取代现有含铅材料，改变该玻璃介质中的成分以及比例，使得该导电浆料能在不含铅的情况下，维持太阳能电池使用该导电浆料形成导电电极时的效能，并进一步避免对环境造成污染。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1，为本发明应用于太阳能电池的结构示意图；

图2A～2D，为本发明应用于太阳能电池的工艺步骤示意图。

具体实施方式

涉及本发明的详细说明及技术内容，现就配合附图说明如下：

本发明提供一种用于太阳能电池工艺的导电浆料，包含一有机物载体、一导电材料以及一玻璃介质，该导电材料与该玻璃介质分散于该有机物载体内，于本发明的一实施例中，该导电材料可为银、银氧化物、银盐、铜、钯、铝或其组合，且该导电材料在该导电浆料的重量百分比介于80wt.％至95wt.％之间。该有机物载体的材料选自于乙基纤维素(Ethyl cellulose)、聚丙烯酸(Polyacrylic acid)、聚乙烯醇缩丁醛(Polyvinyl butyral)、聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol)、聚烯烃(Polyolefin)、聚酰胺(Polyamide)、羧酸(Carboxylic acid)、油酸(Oleic acid)、牛脂二胺二油酸盐(N-Tallow-1,3-diaminopropane dioleate)、二乙二醇丁醚(Diethyleneglycol butyl ether)、二乙二醇丁醚醋酸酯(2-(2-Butoxyethoxy)ethylacetate)、酯醇(Ester alcohol)、尼龙酸二甲酯(Dibasic ester)、松油醇(Terpineol)及其衍生物，且该有机物载体的重量百分比介于4.9wt.％至19.9wt.％之间。

在本发明中，该玻璃介质在该导电浆料中的重量百分比介于0.1wt.％至10wt.％之间，并包括重量百分比介于0.1wt.％至20wt.％之间的二氧化硅、重量百分比介于20wt.％至80wt.％之间的二氧化碲、重量百分比介于5wt.％至40wt.％之间的三氧化二铋、重量百分比介于0.1wt.％至5wt.％之间的氧化锂以及重量百分比介于0.1wt.％至20wt.％之间的氧化锌。二氧化硅为一典型的玻璃形成剂(Glass former)，常做为玻璃网络主体。而二氧化碲、三氧化二铋及氧化锌则为玻璃中间体(Glass intermediates)，在特定条件下，如存在玻璃形成剂或自身含量高时亦能形成玻璃网络。在太阳能电池正面银浆应用中，玻璃里的氧化锌被当作抗反射层(Anti-reflection coating)蚀刻剂，但在高温烧结条件下，过多的氧化锌易造成欧姆接触电阻上升，氧化锌蚀刻过度甚至会造成电池短路。因此在本发明中，利用二氧化硅、二氧化碲和氧化锌的含量配比控制玻璃软化点及黏度来优化最终产品的接触阻抗及线宽来达到提升电池效率的目的。二氧化碲的加入还能大幅提高银粉于接触介面的溶解再析出行为，因而降低接触电阻。

请续参阅图1以及图2A至图2D所示，其为本发明应用于一太阳能电池的结构示意图以及工艺步骤示意图，该太阳能电池的工艺方法如下：

S1：形成一太阳能电池基板10，先准备一p型半导体基材11，并于该p型半导体基材11上进行一掺杂工艺形成一n型半导体层12，该p型半导体基材11与该n型半导体层12形成该太阳能电池基板10，该p型半导体基材11可为单晶硅基板、多晶硅基板、砷化镓基板或披覆硅的半导体薄膜的基板；

S2：形成一抗反射层20，于该n型半导体层12远离该p型半导体基材11一侧形成该抗反射层20，其中该抗反射层20可经由溅射、化学气相沉积或其他类似方法所形成，而该抗反射层20的材料可为氮化硅、二氧化钛或二氧化硅；

S3：形成一前导电浆料层30以及一后导电浆料层40，将本发明的该导电浆料涂布于该抗反射层20远离该太阳能电池基板10一侧，以形成该前导电浆料层30，并以一后电极导电浆料涂布于该太阳能电池基板10远离该抗反射层20一侧以形成该后导电浆料层40，其中该后电极导电浆料的导电金属可为镍、银、铝、铜、钯、金或锡等；

S4：烧结形成一前导电电极31以及一后导电电极41，进行一烧结工艺，使该前导电浆料层30穿过该抗反射层20而与该太阳能电池基板10的该n型半导体层12相互键结连接，进而形成该前导电电极31；另外，该后导电浆料层40经过该烧结工艺后形成该后导电电极41，此与现有太阳能电池工艺相同，故不于本发明中赘述。

更进一步说明，由于该导电浆料中的玻璃介质所含的二氧化硅重量百分比介于0.1wt.％至20wt.％之间，使所形成的该前导电电极31层与该n型半导体层12之间的接触阻抗得以降低，进而提升该太阳能电池的效能；其次，该导电浆料的黏稠度亦可获得提升，使得该前导电浆料层30的线宽不因黏度过低而有所改变，即，该导电浆料可避免线扩的问题，藉以稳定该太阳能电池于工艺时的良率。

综上所述，由于本发明改变该导电浆料的玻璃介质的成分与相关比例，以重量百分比介于0.1wt.％至20wt.％之间的氧化锌取代现有的含铅材料(如二氧化铅)，并调控二氧化硅的重量百分比于0.1wt.％至20wt.％之间，使得该前导电电极的图案能够稳定不扩散变形，且该前导电电极与该太阳能电池基板有较低的接触阻抗，进而在不含铅的情况下维持该太阳能电池的工艺良率以及光电转换效率。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种用于太阳能电池工艺的导电浆料，其特征在于，包含：

一有机物载体；

一分散于该有机物载体内的导电材料；以及

一分散于该有机物载体内的玻璃介质，该玻璃介质包含重量百分比介于0.1wt.％至20wt.％之间的二氧化硅、重量百分比介于20wt.％至80wt.％之间的二氧化碲、重量百分比介于5wt.％至40wt.％之间的三氧化二铋、重量百分比介于0.1wt.％至5wt.％之间的氧化锂以及重量百分比介于0.1wt.％至20wt.％之间的氧化锌。

2.根据权利要求1所述的用于太阳能电池工艺的导电浆料，其特征在于，该有机物载体的材料选自于乙基纤维素、聚丙烯酸、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯醇、聚烯烃、聚酰胺、羧酸、油酸、牛脂二胺二油酸盐、二乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚醋酸酯、酯醇、尼龙酸二甲酯及松油醇所组成的群组。

3.根据权利要求1所述的用于太阳能电池工艺的导电浆料，其特征在于，该导电材料选自于银、银氧化物、银盐、铜、钯及铝所组成的群组。

4.根据权利要求1所述的用于太阳能电池工艺的导电浆料，其特征在于，该有机物载体的重量百分比介于4.9wt.％至19.9wt.％之间。

5.根据权利要求1所述的用于太阳能电池工艺的导电浆料，其特征在于，该导电材料的重量百分比介于80wt.％至95wt.％之间。

6.根据权利要求1所述的用于太阳能电池工艺的导电浆料，其特征在于，该玻璃介质的重量百分比介于0.1wt.％至10wt.％之间。