CN106601335B - 用于制备太阳能电池电极的糊剂组合物、太阳能电池电极及太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于制备太阳能电池电极的糊剂组合物、太阳能电池电极及太阳能电池。其中，该糊剂组合物包含导电粉末、有机载体和玻璃粉料，其中，玻璃粉料包含0.1～20wt％的PbO、30～60wt％的Bi2O3、1.0～15wt％的TeO2和8～30wt％的WO3，且TeO2与WO3的质量比为0.5:1～1.75:1。应用本发明的糊剂组合物制备的太阳能电池电极，和焊带有优异的粘合强度并且使串联电阻(Rs)最小化，从而提供高转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池制造技术领域，具体而言，涉及一种用于制备太阳能电池电极的糊剂组合物、太阳能电池电极及太阳能电池。
背景技术
太阳能电池通过p-n结利用光伏效应将太阳光的光子转换来产生电能。在太阳能电池中，前电极和后电极分别在具有p-n结的半导体晶片或基底的上下表面形成。然后，p-n结的光电效应由进入半导体晶片的太阳光诱导，进而由p-n结的光电效应产生的电子通过电极向外部提供电流。电极用组合物设置于晶片上，再经图案化和烘焙，形成太阳能电池的电极。
通过持续减小发射极厚度的方法来提高太阳能电池效率，反而可能导致分流，这将劣化太阳能电池的性能。另外，太阳能电池已经逐渐增加面积以提高效率。然而，在这种情况下，可能存在由于太阳能电池的接触电阻的增加而导致的效率劣化的问题。
太阳能电池通过焊带彼此连接以构成太阳能电池组件。目前，典型含铅玻璃粉料在内的成份制造的太阳能电池电极与焊带的粘合力不足，电极和焊带之间的低粘附性会导致高的串联电阻和转换效率的劣化。
发明内容
本发明旨在提供一种用于制备太阳能电池电极的糊剂组合物、太阳能电池电极及太阳能电池，以解决现有技术中太阳能电池电极与焊带的粘合力不足，电极和焊带之间的低粘附性会导致高的串联电阻和转换效率的劣化的技术问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种用于制备太阳能电池电极的糊剂组合物。该糊剂组合物包含导电粉末、有机载体和玻璃粉料，其中，玻璃粉料包含0.1～20wt％的PbO、30～60wt％的Bi2O3、1.0～15wt％的TeO2和8～30wt％的WO3，且TeO2与WO3的质量比为0.5:1～1.75:1。
进一步地，玻璃粉料还包括氧化物，氧化物为选自由Li2O、Na2O、K2O、MgO、CaO、SrO、BaO、P2O5、ZnO、SiO2、B2O3、TiO2、NiO组成的组中的一种或多种。
进一步地，氧化物在玻璃粉料中的添加量为1～25wt％。
进一步地，玻璃粉料的平均粒径D50为0.1～10μm。
进一步地，糊剂组合物包含60～95wt％的导电粉末、1.0～20wt％的有机载体、0.1～5wt％的玻璃粉料，以及余量的添加剂。
进一步地，添加剂为选自由分散剂、触变剂、增塑剂、粘度稳定剂、消泡剂、颜料、UV稳定剂、抗氧化剂和偶联剂组成的组中的一种或多种。
进一步地，导电粉末为银粉。
进一步地，银粉的平均粒径D50为0.1～10μm。
根据本发明的另一方面，提供了一种太阳能电池电极。该太阳能电池由上述任一种的糊剂组合物制备而成。
根据本发明的再一方面，提供了一种太阳能电池，包括电极。该电极为上述由本发明的糊剂组合物制备而成的太阳能电池电极。
应用本发明的糊剂组合物制备的太阳能电池电极，和焊带有优异的粘合强度并且使串联电阻(Rs)最小化，从而提供高转换效率。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明一实施方式中使用糊剂组合物制造的太阳能电池的示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
根据本发明一种典型的实施方式，提供一种用于制备太阳能电池电极的糊剂组合物。该糊剂组合物包含导电粉末、有机载体和玻璃粉料，其中，玻璃粉料包含0.1～20wt％的PbO、 30～60wt％的Bi2O3、1.0～15wt％的TeO2和8～30wt％的WO3，且TeO2与WO3的质量比为0.5:1～1.75:1。优选的，导电粉末为银粉。
应用本发明的糊剂组合物制备的太阳能电池电极，和焊带有优异的粘合强度并且使串联电阻(Rs)最小化，从而提供高转换效率。
根据本发明一种典型的实施方式，玻璃粉料还包括氧化物，氧化物为选自由Li2O、Na2O、 K2O、MgO、CaO、SrO、BaO、P2O5、ZnO、SiO2、B2O3、TiO2、NiO组成的组中的一种或多种。其中，氧化物在玻璃粉料中的添加量为1～25wt％，即占玻璃粉料总重量的1～25wt％。
根据本发明一种典型的实施方式，糊剂组合物包含60～95wt％的导电粉末、1.0～20wt％的有机载体、0.1～5wt％的玻璃粉料，以及余量的添加剂。其中，添加剂为选自由分散剂、触变剂、增塑剂、粘度稳定剂、消泡剂、颜料、UV稳定剂、抗氧化剂和偶联剂组成的组中的一种或多种。
根据本发明一种典型的实施方式，提供了一种太阳能电池电极。该太阳能电池由上述任一种的糊剂组合物制备而成。
根据本发明一种典型的实施方式，提供了一种太阳能电池，包括电极。该电极为上述由本发明的糊剂组合物制备而成的太阳能电池电极。
根据本发明一种典型的实施方式，太阳能电池电极组分包括银粉、氧化铅-氧化铋-氧化碲 -氧化钨基玻璃粉料和有机载体。现在，将更详细地描述本发明的太阳能电池电极的组成。
(A)银粉
根据本发明一种典型的实施方式，用于制备太阳能电池电极的糊剂组合物包含银粉作为导电粉末。银粉的粒度可以是纳米或微米级。例如，银粉可以具有几十至几百纳米，或几至几十微米的粒度。或者，银粉可以是具有不同粒径的两种或更多种银粉的混合物。
银粉可以具有球形、薄片或无定形形状。
银粉优选具有约0.1μm至约10μm的平均粒径(D50)，更优选约0.5μm至约5μm的平均粒径(D50)。平均粒径可以使用仪器，如Mastersize 2000(Malvern Co.，Ltd。)在将导电粉末在25℃下通过超声波分散在异丙醇(IPA)中3分钟之后测量。在该平均粒径范围内，组合物可以提供低接触电阻和低线电阻。
基于组合物的总重量，银粉可以约60wt％至约95wt％的量存在。在该范围内，导电粉末可以防止由于电阻的增加而导致的转换效率的劣化。更佳情况下，导电粉末以约70wt％至约 95wt％的量存在。
(B)氧化铅-氧化铋-氧化碲-氧化钨基玻璃粉料
玻璃粉料用于增强导电粉末与晶片或基板之间的粘附力，并且在导电浆料烧结过程中，通过蚀刻减反射层和熔化银粉而在发射极区域中形成银晶粒来降低接触电阻。此外，在烧结工艺期间，玻璃粉料软化并降低烧结温度。
当为了提高太阳能电池效率而增加太阳能电池的面积时，可能存在太阳能电池的接触电阻增加的问题。因此，需要最小化串联电阻(Rs)和对p-n结的影响。另外，随着使用具有不同表面电阻的各种晶片的适合烧结温度在宽范围内变化，玻璃粉料需要确保足够的热稳定性以耐受较大的烧结温度窗口。
太阳能电池通过焊带彼此连接以构成太阳能电池组件。在这种情况下，太阳能电池电极和焊带之间的低粘合强度有可能导致电池的脱离或降低可靠性。在本发明中，为了确保太阳能电池具有所需的电学和物理性质例如粘合强度，使用氧化铅-氧化铋-氧化碲-氧化钨基玻璃粉料(PbO-Bi2O3-TeO2-WO3)基的玻璃粉料。
在本发明中，氧化铅-氧化铋-氧化碲-氧化钨基玻璃粉料可以包含约0.1wt％至约20wt％的氧化铅，约30wt％至约60wt％的氧化铋，约1.0wt％至约20wt％的氧化碲，约5wt％至约25wt％的氧化钨，且TeO2与WO3的质量比为0.5:1～1.75:1。在该范围内，玻璃粉料可以确保优异的粘合强度和优异的转化效率。
根据本发明一种典型的实施方式，氧化铅-氧化铋–氧化碲-氧化钨基玻璃粉料可以进一步包括至少一种氧化物，选自氧化锂(Li2O)，氧化钠(Na2O)，氧化钾(K2O)，氧化镁(MgO)，氧化钙(CaO)，氧化锶(SrO)，氧化钡(BaO)，氧化磷(P2O5)，氧化锌(ZnO)，二氧化硅(SiO2)，氧化硼(B2O3)，氧化钛(TiO2)，氧化镍(NiO)。
玻璃粉料可以由氧化铅-氧化铋–氧化碲-氧化钨加上上述至少一种氧化物通过任何典型的方法制备。例如，氧化物与氧化铅-氧化铋–氧化碲-氧化钨以一定的比例混合。混合可以使用球磨机或行星式磨机进行。将混合的组合物在约900℃至约1300℃下熔融，然后骤冷至约25℃。使用盘磨机，行星式磨机等对所得材料进行粉碎，从而提供玻璃粉料。
玻璃粉料的平均粒径D50可以约0.1μm至约10μm，并且占基于组合物的总量的约0.1wt％至约5wt％的量。玻璃粉料可以具有球形或无定形形状。
(C)有机载体
通过与太阳能电池电极中的无机组分的机械混合，有机载体赋予导电浆料打印过程所需的适当的粘度和流变特性。
有机载体可以是用于太阳能电池电极组合物的任何典型的有机载体，并且可以包括粘合剂树脂，溶剂等。
粘合剂树脂可以选自丙烯酸酯树脂或纤维素树脂。通常使用乙基纤维素作为粘合剂树脂。此外，粘合剂树脂可以选自乙基羟乙基纤维素、硝化纤维素、乙基纤维素和酚醛树脂的共混物、醇酸树脂、苯酚、丙烯酸酯、二甲苯、聚丁烯、聚酯、脲、三聚氰胺、乙酸乙烯酯树脂、木松香、醇的聚甲基丙烯酸酯等。
溶剂可以选自例如己烷、甲苯、乙基溶纤剂、环己酮、丁基溶纤剂、丁基卡必醇(二甘醇单丁基醚)、二丁基卡必醇(二甘醇二丁基醚)、丁基卡必醇乙酸酯(单丁醚乙酸酯)、丙二醇单甲醚、己二醇、萜品醇、甲基乙基酮、苄醇、γ-丁内酯、乳酸乙酯及其组合。
基于组合物的总重量，有机载体可以约1wt％至约20wt％的量存在。在该范围内，有机载体可以为组合物提供足够的粘合强度和优异的可印刷性。
(D)添加剂
根据需要，组合物可以进一步包括典型的添加剂，以增强流动性能，加工性能和稳定性。添加剂可以包括分散剂、触变剂、增塑剂、粘度稳定剂、消泡剂、颜料、UV稳定剂、抗氧化剂、偶联剂等，但不限于此。这些添加剂可以单独使用或作为其混合物使用。这些添加剂可以以组合物中约0.1wt％至约5wt％的量存在，但该量可根据需要改变。
根据本发明一种典型的实施方式，使用糊剂组合物制造的太阳能电池。如图1所示，背面电极210和正面电极230可以通过印刷电池电极组分于包括p层101和用作发射极的n层 102的晶片或基板100上，并经过烧结来形成。例如，通过在晶片的背面上印刷组合物并在约200℃至约400℃下干燥所印刷的组合物约10秒至60秒，来进行用于制备背面电极的预备工艺。此外，可以通过在晶片的前表面上印刷浆料并干燥印刷的组合物来进行用于制备前电极的初步工艺。然后，可以通过在约400℃至约950℃，优选约850℃至约950℃下烧结晶片约 30秒至50秒来形成正面电极和背面电极。
接下来，本发明将通过参考实施例更详细地描述。然而，应当注意，这些实施例的提供仅用于说明本发明，不应以任何方式解释为限制本发明。
为了清楚的目的，省略了本领域技术人员清楚的详细描述。
实施例及对比例
根据表1所示的组成将氧化物混合，并在900℃～1400℃下进行熔融和烧结，从而制备平均粒径(D50)为2.0μm的氧化铅-氧化铋-氧化碲-氧化钨基玻璃粉料。
作为有机粘合剂，在60℃下将1.0重量％的乙基纤维素充分溶解在9.0重量％的丁基卡必醇中，并加入包括86重量％的平均粒径为1.5μm球形银粉，1.5重量％的所制备的氧化铅-氧化铋-氧化碲-氧化钨-氧化锌系玻璃粉和0.5重量％的触变剂Thixatrol ST到粘合剂溶液中，随后在三辊机中研磨，从而制备太阳能电池电极组合物。
将如上所制备的电极组合物通过丝网印刷，以预定图案沉积在单晶硅片的前表面上，随后在红外干燥炉中干燥。然后，将用于制备背铝电极的组合物印刷在晶片的背面上并以相同的方式干燥。将通过以上步骤处理的电池片在带式烧成炉中，于910℃下烧成40秒。使用太阳能效率测试仪(CT-801)来测量电池的转换效率(％)，串联电阻Rs(mΩ)，开路电压(Voc) 等。然后，使用烙铁在300℃至400℃下用焊剂将电池的电极与焊带焊接。然后，电池电极与焊带的的粘合强度(N/mm)使用测试仪在180°的剥离角和50mm/min的拉伸速率下测量。测量的转换效率和拉力测试显示于表1中。
实施例1 ～ 7 和对比例1～9
实施例1 ～ 7 和对比例1～9采用如表1所示的玻璃粉的组成，以相同的方式制备用于太阳能电池电极的组合物，并评价物理性能。需要表明的是表1中的实施例和对比例是为了突出一个或多个发明例的特点，而不是为限制本发明的范围，也不是说明对比例在本发明的范围之外。此外，发明主体并不局限于实施例和对比例中所描述的特定细节。
表1
如表1所示，由实施例1～7中制备的玻璃粉组合物制造的太阳能电池电极与对比例1～9 相比，同时具备与焊带很高的粘合强度以和优异的转换效率。而对比例1～9则表现出或者较低的电池的效率或者较低的拉力，或者两者同时较低。
对比例1表明玻璃组成中不含有PbO的情况，或对比例2表明玻璃组成中含有较高PbO 含量的情况，制成的太阳能电极的效率及拉力都相对发明实例较低。类似的，对比例3和4 表明玻璃粉焊有较低或较高的Bi2O3含量，制成的太阳能电池的效率较低。对比例5和6表明 WO3的含量不在本发明的范围内，制成的太阳能电池或有较低的效率或有较低的拉力或两者都较低。对比例7、8和9表明较高或较低的TeO2与WO3的含量的比例不在本发明的范围内，制成的太阳能电池或有较低的效率或有较低的拉力或两者都较低。
发明实例表明，玻璃粉成份为0.1wt％～20wt％的氧化铅，30wt％～60wt％的氧化铋， 1.0wt％～20wt％的氧化碲，5wt％～25wt％的氧化钨，TeO2的与WO3的含量的比例在0.5:1～1.75:1 内，制成的太阳能电池有更高的性能。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于制备太阳能电池电极的糊剂组合物，其特征在于，包含导电粉末、有机载体和玻璃粉料，其中，所述玻璃粉料包含0.1～20wt％的PbO、30～60wt％的Bi2O3、1.0～15wt％的TeO2和8～30wt％的WO3，且TeO2与WO3的质量比为0.5:1～1.75:1。
2.根据权利要求1所述的糊剂组合物，其特征在于，所述玻璃粉料还包括氧化物，所述氧化物为选自由Li2O、Na2O、K2O、MgO、CaO、SrO、BaO、P2O5、ZnO、SiO2、B2O3、TiO2、NiO组成的组中的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的糊剂组合物，其特征在于，所述氧化物在所述玻璃粉料中的添加量为1～25wt％。
4.根据权利要求1所述的糊剂组合物，其特征在于，所述玻璃粉料的平均粒径D50为0.1～10μm。
5.根据权利要求1所述的糊剂组合物，其特征在于，所述糊剂组合物包含60～95wt％的所述导电粉末、1.0～20wt％的所述有机载体、0.1～5wt％的所述玻璃粉料，以及余量的添加剂。
6.根据权利要求5所述的糊剂组合物，其特征在于，所述添加剂为选自由分散剂、触变剂、增塑剂、粘度稳定剂、消泡剂、颜料、UV稳定剂、抗氧化剂和偶联剂组成的组中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的糊剂组合物，其特征在于，所述导电粉末为银粉。
8.根据权利要求7所述的糊剂组合物，其特征在于，所述银粉的平均粒径D50为0.1～10μm。
9.一种太阳能电池电极，其特征在于，由权利要求1至8中任一项所述的糊剂组合物制备而成。
10.一种太阳能电池，包括电极，其特征在于，所述电极为如权利要求9所述的太阳能电池电极。
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Address after: No. 8 Yongsheng Road, Qiting Street, Yixing City, Wuxi City, Jiangsu Province, 214200 Patentee after: WUXI DIKE ELECTRONIC MAT Co.,Ltd. Country or region after: China Address before: 214200 Jiangsu Wuxi Yixing economic and Technological Development Zone Pioneer Park two phase B2 Patentee before: WUXI DIKE ELECTRONIC MAT Co.,Ltd. Country or region before: China |