CN110364580A - 制造太阳能电池指状电极的方法以及太阳能电池指状电极 - Google Patents

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Abstract

本文公开一种制造太阳能电池的指状电极的方法以及通过所述方法制造的太阳能电池的指状电极。所述方法包括：使用具有65％或大于65％的开口率的印刷掩模在衬底的前表面上印刷导电膏；以及烘烤经印刷的导电膏，其中所述导电膏包含导电粉、玻璃料以及有机载体，且在所述玻璃料中，锂氧化物对钨氧化物的重量比介于0.5到5.5范围内。

Description

制造太阳能电池指状电极的方法以及太阳能电池指状电极
[相关申请的交叉参考]
本申请主张在2018年4月9日提出申请的韩国专利申请10-2018-0041155的权益，所述韩国专利申请的全部公开内容并入本申请供参考。
技术领域
本发明涉及一种制造太阳能电池的指状电极的方法以及通过所述方法制造的太阳能电池的指状电极。
背景技术
太阳能电池利用将日光的光子转换成电力的p-n结(p-n junction)的光伏打效应(photovoltaic effect)来产生电力。在太阳能电池中，分别在具有p-n结的半导体晶片或衬底的上表面及下表面上形成前电极及后电极。然后，由进入半导体晶片的日光诱发p-n结处的光伏打效应，且通过p-n结处的光伏打效应而产生的电子经由电极向外部提供电流。
此种太阳能电池电极通常通过以下方式进行制造：将用于形成电极的具有开口的印刷掩模放置于半导体衬底上，将导电膏放置于印刷掩模上，并经由印刷掩模的开口将导电膏以电极的形式印刷于半导体衬底上，然后烘烤经印刷的导电膏。
图1示出用于形成太阳能电池电极的典型印刷掩模的图像。参照图1，此种典型印刷掩模10是通过以下方式制造：将感光性树脂14施加至相对于印刷掩模的纵向方向倾斜布置的网格12，并选择性地移除感光性树脂的将利用光致抗蚀工艺印刷电极的部分，从而形成电极印刷部分16。此种用于形成太阳能电池电极的典型印刷掩模具有45％到60％的开口率，其中开口率是指无网格部分占据的面积占电极印刷部分的总面积的比例。
在太阳能电池的前表面上形成的指状电极具体来说具有小的线宽度并具有大的高度以增大日光接收面积。然而，当使用具有45％到60％的开口率的典型印刷掩模时，在增大电极高宽比(高度/线宽)方面受到限制，且因此在提高太阳能电池转换效率方面受到限制。
近来，已尝试使用具有65％或大于65％的开口率的印刷掩模来提高指状电极的高宽比。然而，在将通常用于具有低开口率的典型印刷掩模中的导电膏组合物应用于具有高开口率的印刷掩模时，存在以下问题：在烘烤期间线宽有可能增大，使得高宽比增大不明显或电性质劣化。
因此，需要一种制造太阳能电池电极的方法，其可在使用具有65％或大于65％的高开口率的印刷掩模的同时抑制烘烤期间线宽的增大以及电特性的劣化。
本发明的背景技术的一个实例公开于日本专利第4,255,248号中。
发明内容
本发明旨在提供一种制造可具有精细线宽及高的高宽比且表现出良好电性质的太阳能电池的指状电极的方法以及一种通过所述方法制造的太阳能电池的指状电极。
本发明的此目的及其他目的可通过以下阐述的本发明的实施例而实现。
本发明的一个方面涉及一种制造太阳能电池的指状电极的方法。
所述方法包括：使用具有65％或大于65％的开口率的印刷掩模在衬底的前表面上印刷导电膏；以及烘烤经印刷的导电膏，其中所述导电膏包含导电粉、玻璃料以及有机载体，且在所述玻璃料中，锂(Li)氧化物对钨(W)氧化物的重量比介于0.5到5.5的范围内。
所述印刷掩模可包括：网格、与所述网格结合的感光性树脂层以及通过移除所述感光性树脂层而形成的电极印刷部分，且可具有65％到90％的开口率。
在所述玻璃料中可存在1重量％到10重量％的量的所述锂氧化物。
在所述玻璃料中可存在1重量％到10重量％的量的所述钨氧化物。
所述玻璃料还可包含以下中的至少一者：铅(Pb)氧化物、锌(Zn)氧化物、碲(Te)氧化物、镁(Mg)氧化物、铋(Bi)氧化物、钠(Na)氧化物、钼(Mo)氧化物及硅(Si)氧化物。
所述导电膏可包含60重量％到95重量％的所述导电粉、0.5重量％到10重量％的所述玻璃料以及1重量％到30重量％的所述有机载体。
所述导电膏还可包含以下中的至少一种添加剂：分散剂、触变剂、塑化剂、粘度稳定剂、消泡剂、颜料、紫外线稳定剂、抗氧化剂及偶合剂。
本发明的另一方面涉及一种太阳能电池的指状电极。
所述指状电极是通过以上所述的制造太阳能电池的指状电极的方法来制造。
本发明提供一种可实现精细电极线宽且改善电极的高宽比及电性质的制造太阳能电池的指状电极的方法以及一种通过所述方法制造的太阳能电池的指状电极。
附图说明
图1是示出用于形成太阳能电池的指状电极的典型印刷掩模的图。
图2是示出根据本发明的具有高开口率的印刷掩模的图。
具体实施方式
在作出大量研究以开发一种使用具有65％或大于65％的开口率的印刷掩模以及导电膏来制造太阳能电池的指状电极的方法之后，本发明人发现了可使用包含其中锂氧化物对钨氧化物的重量比介于0.5到5.5范围内的玻璃料的导电膏来制造具有精细线宽及高的高宽比且表现出良好电性质的太阳能电池的指状电极。
以下，将详细阐述本发明的实施例。
根据本发明的一种制造太阳能电池的指状电极的方法包括：使用具有65％或大于65％的开口率的印刷掩模在衬底的前表面上印刷导电膏；以及烘烤经印刷的导电膏，其中所述导电膏包含导电粉、玻璃料以及有机载体，且在所述玻璃料中，锂(Li)氧化物对钨(W)氧化物的重量比(锂氧化物/钨氧化物)介于0.5到5.5的范围内。
首先，将参照图2阐述根据本发明的印刷掩模。图2示出根据本发明的印刷掩模100的实例。参照图2，印刷掩模100包括：网格120、与网格120结合的感光性树脂层140以及通过移除所述感光性树脂层而形成的电极印刷部分160，并具有65％或大于65％、具体来说65％到90％的开口率。此处，开口率是根据方程式1计算：
[方程式1]
开口率(％)＝{(电极印刷部分的面积-电极印刷部分中网格占据的面积)/电极印刷部分的面积}×100。
使用包括具有高开口率的电极印刷部分的印刷掩模100所制造的指状电极可具有减小的线宽。此外，可防止根据本发明的导电膏在印刷后铺展或在烘烤期间渗出，从而提高电极的高宽比。
在印刷掩模100中，网格的经线相对于印刷掩模的纵向方向呈80°到105°、具体来说85°到100°的角度布置。当网格的经线的角度落在此范围内时，在电极印刷部分中被网格占据的面积可最小化，从而获得高的开口率。
此外，如图2所示，网格的位于电极印刷部分160上方的纬线与网格的位于电极印刷部分160下方的纬线之间的距离可长于网格的位于其他区中的纬线之间的距离。当网格的相邻于电极印刷部分的纬线之间的距离相对长时，在电极印刷部分160中被网格占据的面积可最小化，同时防止在导电膏的印刷期间可印刷性因由按压工具施加到印刷掩模的张力而降低。
接下来，将阐述根据本发明的导电膏。所述导电膏包含导电粉、玻璃料以及有机载体。
导电粉
导电粉包含平均粒径(D50)为0.1μm到10μm的导电粉。在此范围内，导电粉可改善电极的高宽比及电性质。此处，可在经由超声波作用在25℃下将导电粉分散在异丙醇(isopropyl alcohol，IPA)中达3分钟之后，利用例如型号1064D粒度分析仪(西莱斯有限公司(CILAS Co.,Ltd.))来测量平均粒径(D50)。导电膏可包括一种类型的导电粉或具有不同平均粒径(D50)的两种或更多种类型的导电粉。
导电粉可包括通常用于太阳能电池电极中的任何典型导电粉，例如银、铝、镍、铜或其组合，对此并无限制。尤其是，在电性质方面优选的是银粉。
导电粉可具有各种颗粒形状，例如球形、薄片形或非晶形颗粒形状，对此并无限制。
在导电膏中可存在60重量％到95重量％的量的导电粉。在此范围内，导电膏可提高太阳能电池的转换效率，且可易于制备成膏形式。
玻璃料
玻璃料用于通过对减反射层进行刻蚀并在电极膏的烘烤工艺期间对导电粉进行熔融而在射极区中形成银晶粒。此外，玻璃料会改善导电粉与晶片的粘附力，且被软化以降低在烘烤工艺期间的烘烤温度。
当增大太阳能电池的薄片电阻以提高太阳能电池效率时，可能存在太阳能电池接触电阻及泄漏电流增大的问题。因此，需要在最大化开路电压的同时使串联电阻(Rs)及对p-n结的影响二者最小化。此外，由于烘烤温度随着对具有不同薄片电阻的各种晶片的使用的增多而在广泛范围内变化，因此使玻璃料确保足够的热稳定性以承受宽范围的烘烤温度是可取的。
玻璃料包含锂氧化物及钨氧化物，其中锂(Li)氧化物对钨(W)氧化物的重量比可介于0.5到5.5的范围内。在此范围内，即使当使用具有65％或大于65％的高开口率的印刷掩模时，由导电膏形成的电极仍可在具有精细线宽的同时表现出良好的电性质。具体来说，锂(Li)氧化物对钨(W)氧化物的重量比可介于0.8到5.0、更具体来说0.9到4.5的范围内。
在玻璃料中可存在1重量％到10重量％、具体来说2重量％到8重量％的量的锂氧化物。在此范围内，在导电膏可实现精细电极线宽且减小太阳能电池的电阻的同时，可易于制备玻璃料。
在玻璃料中可存在1重量％到10重量％、具体来说1重量％到8重量％的量的钨氧化物。在此范围内，在导电膏可实现精细电极线宽且具有良好粘附力的同时，可易于制备玻璃料。
玻璃料中的锂氧化物及钨氧化物的总量可介于5重量％到20重量％、具体来说7重量％到15重量％的范围内。在此范围内，即使当使用具有65％或大于65％的高开口率的印刷掩模时，由导电膏形成的电极仍可易于控制高宽比，且可在具有精细线宽的同时表现出良好的电性质。
锂氧化物可为Li2O。钨氧化物可包括WO2、WO3、W2O3及W2O5中的至少一者，具体来说为WO3。
在一个实施例中，玻璃料还可包含以下中的至少一者：铅(Pb)、锌(Zn)、碲(Te)、镁(Mg)、铋(Bi)、钠(Na)、钼(Mo)及硅(Si)、以及其组合。
在另一个实施例中，玻璃料还可包含以下中的至少一者：铅(Pb)氧化物、锌(Zn)氧化物、碲(Te)氧化物、镁(Mg)氧化物、铋(Bi)氧化物、钠(Na)氧化物、钼(Mo)氧化物、硅(Si)氧化物、以及其组合。
举例来说，在玻璃料中可存在1重量％到40重量％、具体来说5重量％到30重量％的量的铅(Pb)或其氧化物。举例来说，在玻璃料中可存在1重量％到20重量％、具体来说5重量％到20重量％的量的锌(Zn)或其氧化物。举例来说，在玻璃料中可存在30重量％到80重量％、具体来说35重量％到75重量％的量的碲(Te)或其氧化物。举例来说，在玻璃料中可存在0.01重量％到5重量％、具体来说0.01重量％到1重量％的量的镁(Mg)或其氧化物。举例来说，在玻璃料中可存在20重量％或小于20重量％、具体来说5重量％到20重量％的量的铋(Bi)或其氧化物。举例来说，在玻璃料中可存在5重量％或小于5重量％、具体来说0.01重量％到1重量％的量的钠(Na)或其氧化物。举例来说，在玻璃料中可存在5重量％或小于5重量％、具体来说0.01重量％到5重量％的量的钼(Mo)或其氧化物。举例来说，在玻璃料中可存在1重量％或小于1重量％、具体来说0.01重量％到1重量％的量的硅(Si)或其氧化物。当上述金属或其氧化物的量落在这些范围内时，导电膏可在改善电极的电性质的同时表现出良好的粘附力。
玻璃料还可包含以下中的至少一者：磷(P)、锗(Ge)、镓(Ga)、铈(Ce)、铁(Fe)、硼(B)、铯(Cs)、锶(Sr)、钛(Ti)、锡(Sn)、铟(In)、钒(V)、钡(Ba)、镍(Ni)、铜(Cu)、钾(K)、砷(As)、钴(Co)、锆(Zr)、锰(Mn)、以及铝(Al)、以及其氧化物。
可通过所属领域中已知的任何典型方法由上述金属或其氧化物来制备玻璃料。举例来说，可以预定比率混合上述金属或其氧化物。混合可利用球磨机或行星式磨机执行。接着，在900℃到1300℃下对所述混合物进行熔融，然后将经熔融混合物冷却(quenching)到25℃。利用盘磨机、行星式磨机等将所得材料粉碎，从而制备玻璃料。
玻璃料可具有0.1μm到10μm的平均粒径(D50)，且可具有球形或非晶形形状。此处，玻璃料的平均粒径(D50)可以与导电粉的方式相同的方式来测量。
在导电膏中可存在0.5重量％到10重量％、例如1重量％到7重量％的量的玻璃料。在此范围内，玻璃料可确保p-n结在各种薄片电阻下的稳定性，最小化串联电阻，并最终提高太阳能电池效率。
有机载体
有机载体通过与用于太阳能电池电极的组合物的无机组分进行机械混合而对所述组合物赋予适合于印刷的合适的粘度及流变特性。
有机载体可为用于太阳能电池电极的组合物中所用的任何典型有机载体，且可包含粘合剂树脂、溶剂等。
粘合剂树脂可选自丙烯酸酯树脂或纤维素树脂。一般使用乙基纤维素作为所述粘合剂树脂。作为另外一种选择，粘合剂树脂可为乙基羟乙基纤维素、硝基纤维素、乙基纤维素与酚树脂的掺合物、醇酸树脂、酚树脂、丙烯酸酯树脂、二甲苯树脂、聚丁烷树脂(polybutane resin)、聚酯树脂、脲树脂、三聚氰胺树脂、乙酸乙烯酯树脂、木松香、醇的聚甲基丙烯酸酯等。
溶剂可为以下中的一者或多者：例如，己烷、甲苯、乙基溶纤剂、环己酮、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯、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、萜品醇、甲基乙基酮、苯甲醇、γ-丁内酯及乳酸乙酯。这些溶剂可单独使用或作为其混合物形式使用。
在导电膏中可存在1重量％到30重量％的量的有机载体。在此范围内，有机载体可对导电膏提供良好的可印刷性。
添加剂
根据本发明的导电膏可视需要还包含任何典型添加剂以增强流动性、工艺性质及稳定性。添加剂可包括分散剂、触变剂、塑化剂、粘度稳定剂、消泡剂、颜料、紫外线稳定剂、抗氧化剂、偶合剂等。这些添加剂可单独使用或作为其混合物形式使用。以用于太阳能电池电极的组合物的总重量计，可存在0.1重量％到5重量％的量的添加剂，但所述添加剂的含量可视需要进行改变。
印刷导电膏可经由以下程序执行，在所述程序中，在将具有65％或大于65％的开口率的印刷掩模设置在衬底的前表面上并将导电膏设置在印刷掩模上之后，在导电膏上移动例如刮板或辊等按压工具以使得导电膏经由印刷掩模的开口而印刷在衬底的前表面上。
然后，在150℃到400℃、具体来说200℃到400℃下对导电膏进行干燥。此处，干燥可在红外线(IR)干燥炉等中执行。另外，干燥可执行10秒到120秒，但并非仅限于此。
然后，对经印刷的导电膏进行烘烤，从而形成指状电极。此处，烘烤可在600℃到1000℃下执行10秒到120秒。
太阳能电池的指状电极
根据本发明的太阳能电池的指状电极可通过根据本发明的制造太阳能电池的指状电极的方法来制造。
太阳能电池的指状电极具有50μm或小于50μm、具体来说20μm到50μm、更具体来说20μm到48μm的小的线宽，且因此可最大化光接收面积，从而实现太阳能电池的高转换效率。
接下来，将参照实例更详细地阐述本发明。然而，应注意，提供这些实例仅用于说明，且不应理解为以任何方式限制本发明。
另外，为清晰起见，对所属领域中的技术人员显而易见的细节不再予以赘述。
制备例
在以下制备例中使用的组分的详细说明如下：
(A)导电粉：平均粒径(D50)为2.0μm的球形银(Ag)粉(4-11F，同和高级技术有限公司(Dowa Hightech Co.,Ltd.))
(B)玻璃料：表1中所列出的玻璃料(平均粒径(D50)：2.0μm)
(C)有机粘合剂：乙基纤维素(STD4，陶氏化学品公司(Dow Chemical Company))
(D)溶剂：特神龙(Texanol)(2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯)(伊士曼化学公司(Eastman Chemical Company))
(E)分散剂：迪高(TEGO)(Dispers)656(赢创工业公司(EvonikIndustries))
(F)触变剂：奇科萨特牢(Thixatrol)ST(海名斯有限公司(Elementis Co.,Ltd.))
制备例1
在60℃下将1.5重量％的有机粘合剂(C)充分溶解在6.0重量％的溶剂(D)中以制备有机载体，且接着向所述有机载体中添加了89重量％的导电粉(A)、2.5重量％的玻璃料(表1中的制备例1)、0.5重量％的分散剂(E)及0.5重量％的触变剂(F)，然后在3辊捏合机中进行混合及捏合，从而制备导电膏。此处，通过将金属氧化物以表1中所述的重量比(单位：重量％)混合而制备了制备例1的玻璃料。
制备例2到制备例17
除了使用表1所列玻璃料取代制备例1的玻璃料以外，以与制备例1相同的方式制备了导电膏。
表1
*在表1中，重量比是指每一玻璃料中的Li2O/WO3。
实例1
将具有82％的开口率并包括线宽为26μm的电极印刷部分的印刷掩模(三利精密工业有限公司(Samlip Precision Ind.))放置在半导体衬底上，且将在制备例1中制备的导电膏放置在印刷掩模上并接着利用刮板进行印刷，然后在红外线干燥炉中进行干燥。接着，在半导体衬底的后表面上印刷了铝膏并以与以上相同的方式进行了干燥。在带型(belt-type)烘烤炉中在950℃下将根据此程序而形成的电池烘烤了45秒，从而制作太阳能电池。
实例2到实例11以及比较例1到比较例6
除了使用表2所列导电膏取代制备例1的导电膏以外，以与实例1相同的方式制作了导电膏。
比较例7
除了使用具有63％的开口率并包括线宽为26μm的电极印刷部分的印刷掩模(村上有限公司(Murakami Co.,Ltd.))以外，以与实例1相同的方式制作了太阳能电池。
针对以下性质对在实例1到实例11以及比较例1到比较例7中制作的每一太阳能电池进行了评价。结果示出于表2中。
性质评价
(1)线宽及厚度：使用共焦显微镜(VK-9700，基恩士公司(Keyence Corp.))测量了电极线宽及厚度。
(2)电性质：使用太阳能电池效率测试仪(CT-801，帕桑有限公司(Pasan Co.,Ltd.))针对短路电流(Isc)、开路电压(Voc)、接触电阻(Rs)、填充因数(FF)及转换效率(Eff.)对在实例1到实例11以及比较例1到比较例7中制备的每一太阳能电池进行了评价。
表2
如表2所示，可以看出，各自使用具有本文所述的开口率的印刷掩模以及根据本发明的导电膏制备的实例1到实例11的太阳能电池电极在表现出良好电性质的同时具有高的高宽比。
相反，各自使用具有根据本发明的开口率的印刷掩模及包含其中金属氧化物之间的含量比率处于本文所述范围之外的导电膏制备的比较例1到比较例6的太阳能电池电极具有大的线宽且表现出差的电性质。
另外，对于利用根据本发明的导电膏以及具有低开口率的印刷掩模制备的比较例7的太阳能电池电极，所述膏在印刷工艺期间因印刷掩模的开口率低而无法平稳地注入，从而造成严重的图案断开并增大太阳能电池电阻。
尽管，本文中已阐述了一些实施例，然而应理解，在不背离本发明的精神及范围的条件下，所属领域中的技术人员可作出各种修改、变型及改变。因此，应理解，提供上述实施例仅用于说明，而不应以任何方式被视为限制本发明。

Claims (8)

1.一种制造太阳能电池的指状电极的方法，其特征在于，包括：
使用具有65％或大于65％的开口率的印刷掩模在衬底的前表面上印刷导电膏；以及
烘烤经印刷的所述导电膏，
其中所述导电膏包含导电粉、玻璃料以及有机载体，且在所述玻璃料中，锂氧化物对钨氧化物的重量比介于0.5到5.5的范围内。
2.根据权利要求1所述的制造太阳能电池的指状电极的方法，其特征在于，所述印刷掩模包括网格、与所述网格结合的感光性树脂层以及通过移除所述感光性树脂层而形成的电极印刷部分，且具有65％到90％的开口率。
3.根据权利要求1所述的制造太阳能电池的指状电极的方法，其特征在于，在所述玻璃料中存在1重量％到10重量％的量的所述锂氧化物。
4.根据权利要求1所述的制造太阳能电池的指状电极的方法，其特征在于，在所述玻璃料中存在1重量％到10重量％的量的所述钨氧化物。
5.根据权利要求1所述的制造太阳能电池的指状电极的方法，其特征在于，所述玻璃料还包含以下中的至少一者：铅氧化物、锌氧化物、碲氧化物、镁氧化物、铋氧化物、钠氧化物、钼氧化物及硅氧化物。
6.根据权利要求1所述的制造太阳能电池的指状电极的方法，其特征在于，所述导电膏包含60重量％到95重量％的所述导电粉、0.5重量％到10重量％的所述玻璃料以及1重量％到30重量％的所述有机载体。
7.根据权利要求1所述的制造太阳能电池的指状电极的方法，其特征在于，所述导电膏还包含以下中的至少一种添加剂：分散剂、触变剂、塑化剂、粘度稳定剂、消泡剂、颜料、紫外线稳定剂、抗氧化剂及偶合剂。
8.一种太阳能电池的指状电极，其特征在于，通过如权利要求1到7中任一项所述的制造太阳能电池的指状电极的方法来制造。
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