CN111145933B

CN111145933B - 导电浆料组合物及应用所述导电浆料组合物的太阳能电池

Info

Publication number: CN111145933B
Application number: CN201811306770.3A
Authority: CN
Inventors: 黄滢华; 张弘樱; 白友钦
Original assignee: Pancolour Ink Co ltd
Current assignee: Pancolour Ink Co ltd
Priority date: 2018-11-05
Filing date: 2018-11-05
Publication date: 2021-05-04
Anticipated expiration: 2038-11-05
Also published as: CN111145933A

Abstract

本发明为一种导电浆料组合物，其包含：铝粉；有机载体，其包括有机溶剂与树脂或纤维素；苯氧基醇，其占所述导电浆料组合物的2～10重量％。本发明通过在导电浆料组合物中添加苯氧基醇，可以提高导电浆料的表面张力，并提高其与电池片的表面张力差值，改变浆料与芯片间的润湿行为，使得所印刷的线路扩线行为降低，提升印刷线路的高宽比，增加电池片的受光面积，进而提高太阳能电池(特别是局部背面场太阳能电池、PERC双面电池片)的光电转换效率。

Description

导电浆料组合物及应用所述导电浆料组合物的太阳能电池

技术领域

本发明涉及一种导电浆料组合物及应用所述导电浆料组合物的太阳能电池。

背景技术

细线印刷广泛地应用于太阳能电池，特别是太阳能电池片的导电浆。然而，在进行细线印刷时，其所产生的扩线问题有影响太阳能电池的光电转化效率的缺陷。

针对上述缺陷，有人提出一种控制印刷线路扩线的方法，例如提高印刷浆料的触变性。其手段可通过加入如气相法二氧化硅(Fumed Silica)、氢化蓖麻油、改性聚脲化合物、聚酰胺蜡等触变剂。通过增稠触变等的触变剂作用，来解决细线印刷时的扩线行为。

又，也有人提出通过使用如乙二醇等表面张力改性剂，来提高印刷浆料的触变性，进而解决细线印刷时的扩线行为。

发明内容

然而，公知技术仍无法有效地解决在太阳能电池中细线印刷时的扩线行为。此原因为，一般导电浆料(以下也将“导电浆料“”称为“浆料“”)为被要求对硅基板有良好接触，因此浆料流动性极好，润湿能力很强。但是在高表面张力的印刷基材表面，由于印刷基材的表面张力高于浆料，因此浆料很容易润湿基材表面，此时，细小线路的印刷就变得难以控制。虽然触变助剂的增加使浆料触变性增加，但浆料的整体粘度也会增加，导致网版上的浆料不易进入网孔，同时也不易下墨，造成印刷线路断线，导致电路断路不通或是电荷无法有效传递，造成太阳能电池的光电转换效率下降或是无法达到预期。

此外，公知技术的触变剂为含有碳-氮键结构或无机物成分，在太阳能电池片烧结后，因为所述碳-氮键结构或无机物成分不易烧除，故容易残留在导电层(例如铝层)内。又，因为所述碳-氮键结构或无机物成分属于不导电物质，若残留于导电层，则会影响太阳能电池的导电性。

再者，若使用如乙二醇等表面张力改性剂，则因为乙二醇的极性相当高，其无法有效地与导电浆料中的树脂(特别是乙基纤维素)兼容，故可能使导电浆料的系统产生不稳定的现象。

因此，急需一种导电浆料组合物，其能够应用于硅基材太阳能电池，并大幅度地降低太阳能电池细线印刷时的扩线问题，且能够同时提升太阳能电池的光电转换效率，以促进产业升级。

为达上述目的及其他目的，本发明提供了一种导电浆料组合物，其包含：铝粉；有机载体，其包括有机溶剂与树脂或纤维素；苯氧基醇，其占所述导电浆料组合物的2～10重量％。

在一实施例的导电浆料组合物中，所述苯氧基醇占所述导电浆料组合物的2～8重量％。

在一实施例的导电浆料组合物中，所述苯氧基醇为苯氧乙醇或苯氧丙醇。

在一实施例的导电浆料组合物中，所述铝粉占所述导电浆料组合物的60～85重量％。

在一实施例的导电浆料组合物中，所述有机载体的粘度为1～15Kcps。

在一实施例的导电浆料组合物中，进一步包含玻璃粉。

在一实施例的导电浆料组合物中，所述有机载体进一步包含添加剂，其为选自由分散剂、流平剂、脱泡剂、抗沉降剂、触变助剂及偶合剂所组成的群组中至少任一者。

本发明还提供一种太阳能电池，其包含上述的导电浆料组合物。

更详细而言，本发明详述如下。

如果想提高太阳能电池(更特定而言，指太阳能电池片)的光电转化效率，除了电池片本身提高质量以延长载子寿命，还有降低电池片串联电阻、提高开路电压(Voc)、短路电流(Isc)等。近来开始有研发双面(Bifacial)钝化发射极触点(PERC，PassivatedEmitter and Rear Cell)电池片，即所谓的双玻电池片或PERC双面电池片(以下也简称为双面电池片)。此种作法即在背面印刷细线形成背面电场，且因地面反射或特定光线所传送到电池片背面，光线进入电池片后在P-N界面可形成电子-电洞对。因为双面电池片在背面也印刷有细线，故提升了受光面积，但若产生扩线则会降低背面吸收光的效率。又，双面电池片特别应用于下雪的环境，没人维护时，背面可接收光，进而发热，溶掉正面的雪。又，双面电池片也可增加电池片的总电流效率，而这相当于增加电池片的光接收面积。再者，因为一般电池片上的导电浆料具有遮旋光性，若减少浆料遮光面积，即是增加电池片的受光面积，如此也可提高电池片的光电转化效率。

而在太阳能电池片(特别是双面电池片)上印刷线路时，如果想维持相同的电阻值，又需降低遮光面积，唯有提高印刷线路的高宽比。本发明通过添加特定比例的苯氧基醇(Phenoxy alkyl alcohol)，可以有效提高浆料的表面张力、提高表面张力差值及降低浆料与芯片间的润湿状态，进而降低扩线状况。

此外，苯氧乙醇、苯氧丙醇的沸点约在240℃。因此，苯氧基醇可在太阳能电池片的干燥阶段挥发或完全移除，故不会影响太阳能电池片的电性。

本发明通过在导电浆料组合物中添加苯氧基醇，可以提高导电浆料的表面张力，并提高其与电池片的表面张力差值，改变浆料与芯片间的润湿行为，使得所印刷的线路扩线行为降低，提升印刷线路的高宽比，增加电池片的受光面积，进而提高太阳能电池(特别是局部背面场太阳能电池、双玻电池片)的光电转换效率。

本发明的导电浆料组合物，能够降低线路扩线行为、提升印刷线路的高宽比及增加太阳能电池片的受光面积，进而提高太阳能电池的光电转换效率。

具体实施方式

为充分了解本发明的目的、特征及功效，通过下述具体的实施例，对本发明做一详细说明，说明如后：

又，若未特别进行说明，则本发明所指的“％“”为指“重量％“”。

本发明所提供的导电浆料，其组成包括：有机载体、铝粉、苯氧基醇。其中，苯氧基醇(Phenoxy alkyl alcohol)占导电浆料全体重量的2～10％，优选为2～8％。又，苯氧基醇优选为以溶剂的状态而存在。又，苯氧基醇优选为苯氧乙醇或苯氧丙醇，但不限于此。

又，制作本实施例的导电浆料组合物的方法为至少包含：第一步骤S1～第三步骤S3。

第一步骤S1，将有机溶剂与树脂或纤维素混合，以形成均匀有机载体。应注意的是，在第一步骤S1中，还可依需求加入添加剂，来形成有机载体。

第二步骤S2，将铝粉及苯氧基醇，与所述有机载体混合并研磨，以形成导电浆料前驱物。应注意的是，在第二步骤S2中，还可依需求添加玻璃粉，来与所述有机载体混合并研磨，以形成导电浆料前驱物。在第二步骤S2中，优选为以三辊研磨机(厂牌型号：Exakt 80E)研磨，进而获得导电浆料前驱物。

第三步骤S3，搅拌且使所述第二步骤S2所获得的导电浆料前驱物混合并分散，之后，形成导电浆料组合物。

又，在第一步骤S1中，有机载体的粘度约在1～15Kcps，优选为10～15Kcps。通过控制有机载体的粘度，以使得导电浆料组合物具有最佳粘度。

又，在第一步骤S1中，纤维素(或树脂)的含量约占导电浆料组合物总重的1～4重量％，优选为2～3重量％。同时，就树脂的选择而言，可包括木松香或聚丙烯腈等，但并不以此为限；就纤维素的选择而言，可包括乙基纤维素或丙基纤维素等，但并不以此为限。

又，在第一步骤S1中，若有加入添加剂，则添加剂的含量约占导电浆料组合物总重的0.2～2.5重量％，优选为1.5～2重量％。同时，就添加剂的选择而言，可包括分散剂、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。

又，在第二步骤S2中，苯氧基醇的含量优选为占导电浆料组合物总重的2～10重量％，优选为2～8重量％。

又，在第二步骤S2中，若有加入玻璃粉，则玻璃粉为占导电浆料组合物总重的0.1～5重量％，优选为占3～4重量％。就玻璃粉的选择而言，可选用钒系、铋系玻璃粉或是其他系的玻璃粉，且优选为选用在下述表1所示的玻璃粉，但并不以此为限。可单独使用一种玻璃粉，也可合并使用多种玻璃粉。

[表1]

玻璃粉1	PbO-ZnO-B<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-SiO<sub>2</sub>
		玻璃粉2	SiO<sub>2</sub>-PbO-B<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-ZrO<sub>2</sub>
玻璃粉3	Bi<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-ZnO-SiO<sub>2</sub>-B<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
		玻璃粉4	Bi<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-B<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-BaO-ZnO
玻璃粉5	SiO<sub>2</sub>-PbO-ZnO-B<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
		玻璃粉6	V<sub>2</sub>O<sub>5</sub>-B<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-BaO-ZnO

接着，参照表2，并针对一实施例的导电浆料组合物进行说明。

[表2]

在一实施例的导电浆料组合物中，树脂(或纤维素)的含量占导电浆料组合物1的1～4重量％；有机溶剂的含量占导电浆料组合物的5～20重量％；苯氧基醇的含量占导电浆料组合物的2～10重量％；添加剂的含量占导电浆料组合物的0.2～2.5重量％；玻璃粉的含量占导电浆料组合物的0.1～5重量％；铝粉的含量占导电浆料组合物的60～85重量％。通过将导电浆料组合物的组成范围控制在上述范围，能够获得更进一步地降低细线扩线的太阳能双面电池片。

同时，就有机溶剂的选择而言，可包括醇醚类有机溶剂、酯醇成膜剂(

EASTMAN CHEMICAL COMPANY)、松油醇或二乙二醇丁醚(Diethylene glycolmonobutyl ether)等，但并不以此为限。

(导电浆料组合物的制备)

依据上述第一步骤S1～第三步骤S3，并按照下述表3及表4的配比，制备导电浆料组合物的比较例1～6与实施例1～8。

[表3]

[表4]

又，将比较例1～6与实施例1～8所使用的成分显示于以下表5。

[表5]

树脂(或纤维素)	ETHOCEL Std 20
		分散剂	海名斯Disponer 910
玻璃粉6	V<sub>2</sub>O<sub>5</sub>-B<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-BaO-ZnO
		玻璃粉5	SiO<sub>2</sub>-PbO-ZnO-B<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
铝粉1	湖南金马公司FO103
		铝粉2	湖南金马公司JM607

使用上述实施例1～8及比较例1～6所制得的含铝粉的导电浆料组合物，依据下述方式，测量其粘度、线高与线宽、以及电性，并将结果显示于表6及表7：

<粘度>

使用Brookfield DVII粘度计，于25±0.3℃、0.5rpm及20rpm的条件下，测量上述实施例1～8及比较例1～6所制得的含铝粉的导电浆料组合物粘度。

<线高与线宽>

使用325mesh/线径23μm的网布作为网版，印刷的线路线宽为150μm，乳剂厚度为20μm。将上述实施例1～8及比较例1～6所制得的含铝粉的导电浆料组合物，在印刷机以相同网版、印刷条件印刷于空白(双面)PERC电池片。经过150～250℃干燥后，送入高温烧结炉进行有机物烧除及铝层烧结。接着，使用3D显微镜量测细线的线高与线宽，并依照下列公式计算高宽比(％)及扩线的比例(％)和。

高宽比(％)＝线高(μm)/线宽(μm)...式(1)

扩线(％)＝(烧结后之线宽(μm)-原线宽(μm))/原线宽(μm))...式(2)

<电性>

使用325mesh/线径23gm的网布作为网版，印刷的线路线宽为150μm，乳剂厚度为20μm。将上述实施例1～8及比较例1～6所制得的含铝粉的导电浆料组合物，在印刷机以相同网版、印刷条件印刷于空白(双面)PERC电池片。经过150～250℃干燥后，送入高温烧结炉进行有机物烧除及铝层烧结。烧结后的(双面)PERC电池片以电压电流试验(IV test)量测正背面电性，测试(双面)PERC电池片的光电转换效率(Eff)(％)、开路电压(Voc(V))及短路电流(Isc(A))，测试机台型号为芬兰Endeas公司生产的QuickSun 120CA。

[表6]

[表7]

由表6的结果能够得知，通过添加苯氧乙醇，则导电浆料组合物的高宽比呈上升趋势，而扩线比例呈下降趋势。具体而言，相较于未添加苯氧乙醇(比较例1)的扩线比例约为25％且高宽比约为13％，实施例3、实施例4及比较例3扩线比例可下降至11～12％，且高宽比能够增加到15％以上。再者，基本上，随着苯氧乙醇的比例增加，粘度也增加。又，虽然比较例3的扩线比例及高宽比都优异，但因为导电浆料组合物的粘度优选不为超过300Kcp，若超过300Kcp则可能有网版上的导电浆料组合物不易进入网孔之情形，故比较例3的粘度过高而不佳。另外，因为实施例4的高宽比、扩线比例跟总效率皆与比较例3接近，故能够得知，若苯氧乙醇的添加比例超过10％，就高宽比、扩线比例及总效率而言，则就超过10％的部分，并未产生特别突出的效果。换言之，在苯氧乙醇的添加比例为10％时，即已达到临界效果，添加过多苯氧乙醇会使粘度过高，可能有网版上的导电浆料组合物不易进入网孔的情形，反而不佳。因此，苯氧乙醇的添加比例优选为不超过10％。

又，从比较例1及比较例2能够得知，若仅添加1％的苯氧乙醇，则对于高宽比、扩线比例及总效率都没有显著的改善效果，但若参照比较例1及实施例1，则能够发现实施例1的高宽比、扩线比例及总效率都有显著的改善效果。举例来说，添加1％苯氧乙醇(比较例2)，能够使比较例1(0％苯氧乙醇)的扩线比例下降约1％、总效率增加约0.1％；但若添加2％苯氧乙醇(实施例1)，则可发现，能够使比较例1(0％苯氧乙醇)的扩线比例下降约8％、总效率增加约0.33％。因此，苯氧乙醇的添加比例优选为2％以上。

再者，从表6能够发现，实施例3在高宽比、扩线比例及总效率都能获得优选的结果，特别是总效率方面，可提升至35.817％，故实施例3为最佳的实施方式。

接着，若参照表7，则能够发现，其与表6具有相似的趋势。举例来说，比较例6虽然添加了15％的苯氧丙醇，但其高宽比为13.86％，与未添加苯氧丙醇的比较例4(0％苯氧丙醇)相同，且比较例6的粘度也超过300Kcp，故为不佳。相对于此，实施例8(10％苯氧丙醇)的高宽比(15.18％)、粘度(300.05Kcp)皆为优选态样，故可得知苯氧丙醇的添加比例也以不超过10％为佳。又，若参照比较例4、5及实施例5，则与表6的结果相同，举例来说，添加1％苯氧丙醇(比较例5)，能够使比较例4(0％苯氧丙醇)的扩线比例下降约1.3％、总效率增加约0.08％；但若添加2％苯氧丙醇(实施例5)，则可发现，能够使比较例4(0％苯氧丙醇)的扩线比例下降约12％、总效率增加约0.34％。因此，苯氧丙醇的添加比例优选为2％以上。

由此可知，即使将苯氧乙醇替换成苯氧丙醇(或其他苯氧基醇)，也能够得到相近的效果。又，苯氧丙醇的添加比例优选也在2～10重量％，更优选在2～8重量％，最优选在8重量％(实施例7，总效率为35.82％)。

因此，由表6及表7能够得知，苯氧基醇的添加比例优选在2～10重量％，更优选在2～8重量％，最优选在8重量％(实施例3、7)。

<小结>

因为细线印刷特别是应用于双面电池片的导电浆料，若背面铝层线路较细，则使得背面的受光面积增加。此时，由表6及表7的结果得知，虽然量测正面时的短路电流(Isc)可能因背铝层面积减少使得铝层反射的光线减少而降低，但含有苯氧基醇的导电浆料组合物所形成的低扩线且高宽比较高的线路，其背面量测的效率因遮光面积降低而有上升趋势，这使得正、背面效率加总是增加的。

因此，综上所述，本发明通过使用苯氧基醇，可以降低细线印刷的扩线问题，提高线路的高宽比且提升光电转换效率，进而能够应用在使用细线印刷的太阳能电池，例如PERC双面电池片、局部背面场太阳能电池等。

本发明在上文中已以优选实施例公开，但是本领域技术人员应理解的是，所述实施例仅用于描绘本发明，而不应理解为限制本发明的范围。应注意的是，凡是与所述实施例等效的变化与置换，均应理解为包括在本发明的保护范围内。因此，本发明的保护范围当以权利要求书所限定的范围为准。

Claims

1.一种导电浆料组合物，其特征在于，包含：

铝粉；

有机载体，其包括有机溶剂与树脂或纤维素；

苯氧基醇，其占所述导电浆料组合物的8～10重量％。

2.根据权利要求1所述的导电浆料组合物，其特征在于，所述苯氧基醇为苯氧乙醇或苯氧丙醇。

3.根据权利要求1或2所述的导电浆料组合物，其特征在于，所述铝粉占所述导电浆料组合物的60～85重量％。

4.根据权利要求1或2所述的导电浆料组合物，其特征在于，所述有机载体的粘度为1～15Kcps。

5.根据权利要求1或2所述的导电浆料组合物，其特征在于，进一步包含玻璃粉。

6.根据权利要求1或2所述的导电浆料组合物，其特征在于，所述有机载体进一步包含添加剂，其为选自由分散剂、流平剂、脱泡剂、抗沉降剂、触变助剂及偶合剂所组成的群组中至少任一者。

7.一种太阳能电池，其特征在于，包含权利要求1～6中任一项所述的导电浆料组合物。