DE102013111563B4 - Pastenzusammensetzung für Solarzellenelektroden und damit angefertigte Elektrode - Google Patents

Pastenzusammensetzung für Solarzellenelektroden und damit angefertigte Elektrode Download PDF

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Abstract

Pastenzusammensetzung für Solarzellenelektroden, die Folgendes umfasst: ein leitfähiges Pulver, eine Glasfritte und eine organische Trägersubstanz, wobei die Glasfritte TeO2 und ein Übergangsmetalloxid umfasst, das einen Schmelzpunkt von ≥ 1300°C oder darüber aufweist, die Glasfritte weiterhin ≥ 5 Gew.-% bis ≤ 35 Gew.-% Bi2O3 und ≥ 10 Gew.-% bis ≤ 50 Gew.-% PbO umfasst, wobei das Übergangsmetalloxid, das einen Schmelzpunkt von ≥ 1300 ° C oder darüber aufweist, wenigstens eine der folgenden Substanzen umfasst: NiO, WO3 und Co2O3, und wobei das Gewichtsverhältnis von TeO2 zum Übergangsmetalloxid, das einen Schmelzpunkt von ≥ 1300° C oder darüber aufweist, im Bereich von 2:1 bis 5:1 liegt, wobei die Glasfritte 1 Gew.-% bis 15 Gew.-% des Übergangsmetalloxids umfasst, das einen Schmelzpunkt von ≥ 1300°C oder darüber aufweist, wobei die Glasfritte ≥ 15 Gew.-% bis ≤ 70 Gew.-% TeO2 umfasst.

Description

  • Allgemeiner Stand der Technik
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Pastenzusammensetzung für Solarzellenelektroden und auf Elektroden, die damit angefertigt werden. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Pastenzusammensetzung für Solarzellenelektroden, die die Solarzelleneffizienz verbessern kann, indem sie ungünstigen Einfluss auf einen pn-Übergang angesichts variierender Oberflächenwiderstände bei gleichzeitiger Reduzierung des Kontaktwiderstands minimiert, sowie auf Elektroden, die damit angefertigt werden.
  • Beschreibung verwandter Technik
  • Solarzellen erzeugen elektrische Energie unter Verwendung des photovoltaischen Effekts eines pn-Übergangs, der Photonen des Sonnenlichts in Elektrizität umwandelt. In der Solarzelle werden eine Frontseitenelektrode und eine Rückseitenelektrode auf oberen und unteren Oberflächen eines Halbleiter-Wafers bzw. -Substrats mit dem pn-Übergang geformt. Dann wird der photovoltaische Effekt des pn-Übergangs durch Sonnenlicht induziert, das in den Halbleiter-Wafer eintritt, und durch den photovoltaischen Effekt des pn-Übergangs erzeugte Elektronen liefern elektrischen Strom, der durch die Elektroden zur Außenseite fließt. Die Elektroden der Solarzelle werden auf dem Wafer geformt, indem eine Elektrodenpaste für Elektroden aufgebracht, strukturiert und eingebrannt wird.
  • Die kontinuierliche Reduzierung der Materialstärke eines Emitters zur Verbesserung der Solarzelleneffizienz kann zu Nebenschlussbildung führen, die die Solarzelleneffizienz verschlechtert. Zusätzlich ist die Fläche einer Solarzelle allmählich immer mehr vergrößert worden, um eine hohe Effizienz zu erreichen. In diesem Fall kann es allerdings zu einem Problem der Effizienzverschlechterung aufgrund der Zunahme des Kontaktwiderstands der Solarzelle kommen.
  • Weiterhin erweitert sich mit zunehmender Nutzung von Wafern, die verschiedene Oberflächenwiderstände aufweisen, ein Temperaturbereich für das Einbrennen, und es entsteht somit ein zunehmender Bedarf an Elektrodenpasten, die in der Lage sind, thermische Stabilität in einem weiten Sintertemperaturbereich sicherzustellen.
  • Es gibt daher Entwicklungsbedarf für Glasfritten und Elektrodenpasten, die in der Lage sind, die Stabilität des pn-Übergangs sicherzustellen, während sie gleichzeitig die Solarzelleneffizienz verbessern, indem sie nachteiligen Einfluss auf den pn-Übergang bei variierenden Oberflächenwiderständen minimieren.
  • Bei der Anfertigung einer kristallinen Silizium-Solarzelle kann die Materialstärke des pn-Übergangs je nach Oberflächenbehandlung eines Siliziumsubstrats oder aufgrund von Unebenheit einer Antireflexionsschicht, einer Emitterschicht und ähnlichem variieren. Materialstärkenabweichungen im pn-Übergang aufgrund von Schwankungen in jeder Wafer-Charge sind ursächlich für die Zunahme von Solarzelleneffizienzschwankungen und werden daher als ein die Solarzelleneffizienz verschlechternder Faktor anerkannt. Ein geringes Maß an Effizienzschwankung bedeutet somit hohe Stabilität des pn-Übergangs.
  • Um ein solches Problem zu bewältigen, offenbart die japanische Patentveröffentlichung JP 2010 - 199 334 A eine Glasfritten-Zusammensetzung, die einen breiten Einbrand-Temperaturbereich aufweist. Das heißt, es wurde ermittelt, dass eine PbO, B2O3 und SiO2 umfassende Glasfritte in einem bestimmten Bereich der Zusammensetzung verringerte Effizienzabweichungen aufweist.
  • Die koreanische Patentveröffentlichung KR 10 2011 0 046 358 A offenbart eine Glasfritte, die 25 mol% oder mehr TeO2 umfasst, um einen geringen Kontaktwiderstand und eine hohe Qualität des pn-Übergangs aufrechtzuerhalten.
  • Die US-Patentveröffentlichung KR 10 2011 0 046 358 A offenbart eine Glasfritte, die aus Pb-Te-B zusammengesetzt ist, um geringe Kontaktwiderstände umzusetzen.
  • US 2010 / 0 180 934 A1 beschreibt eine Glaszusammensetzung mit niedrigem Erweichungspunkt, die im Wesentlichen frei von Blei, Wismut und Antimon ist und Oxide von Vanadium, Phosphor, Tellur und Eisen umfasst, wobei der Erweichungspunkt der Zusammensetzung 380 ° C oder weniger beträgt.
  • Allerdings weisen diese Techniken Grenzen bei der Reduzierung des Kontaktwiderstands bei hohem Oberflächenwiderstand auf.
  • Kurze Darstellung der Erfindung
  • Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es, eine Pastenzusammensetzung für Elektroden bereitzustellen, die in der Lage ist, nachteiligen Einfluss auf einen pn-Übergang bei hohem Oberflächenwiderstand zu minimieren, während sie gleichzeitig den Kontaktwiderstand reduziert, und dadurch Hocheffizienz-Elektroden umzusetzen.
  • Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es, eine Solarzellenelektrode bereitzustellen, die unter Verwendung der Pastenzusammensetzung für Elektroden angefertigt wird.
  • Ausführungsformen der Erfindung stellen Pastenzusammensetzungen für Solarzellenelektroden bereit, die keinen nachteiligen Einfluss auf einen pn-Übergang bei variierenden Oberflächenwiderständen haben, sowie unter deren Verwendung angefertigte Solarzellenelektroden.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung enthält eine Pastenzusammensetzung für Solarzellenelektroden ein leitfähiges Pulver, eine Glasfritte und eine organische Trägersubstanz, wobei die Glasfritte TeO2 und ein Übergangsmetalloxid enthält, das einen Schmelzpunkt von ≥ 1300°C oder darüber aufweist, die Glasfritte weiterhin ≥ 5 Gew.-% bis ≤ 35 Gew.-% Bi2O3 und ≥ 10 Gew.-% bis ≤ 50 Gew.-% PbO umfasst, wobei das Übergangsmetalloxid, das einen Schmelzpunkt von ≥ 1300° C oder darüber aufweist, wenigstens eine der folgenden Substanzen umfasst: NiO, WO3 und Co2O3, und wobei das Gewichtsverhältnis von TeO2 zum Übergangsmetalloxid, das einen Schmelzpunkt von ≥ 1300° C oder darüber aufweist, im Bereich von 2:1 bis 5:1 liegt, wobei die Glasfritte 1 Gew.-% bis 15 Gew.-% des Übergangsmetalloxids umfasst, das einen Schmelzpunkt von ≥ 1300°C oder darüber aufweist, wobei die Glasfritte ≥ 15 Gew.-% bis ≤ 70 Gew.-% TeO2 umfasst.
  • In einer Ausführungsform sind das TeO2 und das Übergangsmetalloxid, das einen Schmelzpunkt von ≥ 1300°C oder darüber aufweist, in einer Gesamtmenge von ≥ 16 Gew.-% bis ≤ 75 Gew.-% in der Glasfritte vorhanden.
  • In einer Ausführungsform enthält die Glasfritte weiterhin ≥ 1 Gew.-% bis ≤ 20 Gew.-% ZnO.
  • In einer Ausführungsform enthält die Glasfritte weiterhin wenigstens eine der folgenden Substanzen: Al2O3, ZrO2, P2O5, SiO2, Na2O, B2O3, Ta2O5, Fe2O3, Cr2O3, CoCO3, Li2O, Li2CO3, MgO und MnO2.
  • In einer Ausführungsform enthält das leitfähige Pulver wenigstens eines der folgenden Pulver: Silber- (Ag), Gold- (Au), Palladium- (Pd), Platin-(Pt), Kupfer- (Cu), Chrom- (Cr), Cobalt- (Co), Aluminium- (AI), Zinn- (Sn), Blei- (Pb), Zink- (Zn), Eisen- (Fe), Iridium- (Ir), Osmium- (Os), Rhodium- (Rh), Wolfram- (W), Molybdän- (Mo), Nickel- (Ni) oder Indiumzinnoxidpulver (ITO).
  • In einer Ausführungsform enthält die organische Trägersubstanz ein Bindemittel, ein Lösungsmittel oder Mischungen daraus.
  • In einer Ausführungsform enthält die Pastenzusammensetzung ≥ 60 Gew.-% bis ≤ 90 Gew.-% des leitfähigen Pulvers, ≥ 1 Gew.-% bis ≤ 10 Gew.-% der Glasfritte und ≥ 5 Gew.-% bis ≤ 30 Gew.-% der organischen Trägersubstanz.
  • In einer Ausführungsform enthält die Pastenzusammensetzung weiterhin wenigstens einen der folgenden Zusatzstoffe: Dispergiermittel, Thixotropiermittel, Weichmacher, Viskositätsstabilisatoren, Antischaummittel, Pigmente, UV-Stabilisatoren, Antioxidantien und Haftmittel.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Elektrode bereitgestellt, die unter Verwendung der Pastenzusammensetzung für Solarzellenelektroden geformt wurde.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine schematische Ansicht eine Solarzelle, die unter Verwendung einer Pastenzusammensetzung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde.
  • Ausführliche Beschreibung der Erfindung
  • Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf eine Pastenzusammensetzung für Solarzellenelektroden, die ein leitfähiges Pulver, eine Glasfritte und eine organische Trägersubstanz enthält.
  • Leitfähiges Pulver
  • Beispiele für das leitfähige Pulver enthalten möglicherweise: Silber- (Ag), Gold-(Au), Palladium- (Pd), Platin- (Pt), Kupfer- (Cu), Chrom- (Cr), Cobalt- (Co), Aluminum-(A1), Zinn- (Sn), Blei- (Pb), Zink- (Zn), Eisen- (Fe), Iridium- (Ir), Osmium- (Os), Rhodium- (Rh), Wolfram- (W), Molybdän- (Mo), Nickel- (Ni) und Magnesiumpulver (Mg), ohne darauf beschränkt zu sein. Diese leitfähigen Pulver werden möglicherweise alleine oder als eine Mischung oder Legierung aus einem oder mehreren dieser Pulver verwendet. Vorzugsweise enthält das leitfähige Pulver möglicherweise Silberpulver. In einigen Ausführungsformen enthält das leitfähige Pulver zusätzlich zum Silberpulver möglicherweise weiterhin Nickel- (Ni), Cobalt- (Co), Eisen- (Fe), Zink- (Zn) oder Kupferpulver (Cu).
  • Das leitfähige Pulver weist möglicherweise eine sphärische, schuppenförmige oder amorphe Partikelform auf.
  • Das leitfähige Pulver ist möglicherweise eine Mischung aus leitfähigen Pulvern, die unterschiedliche Partikelformen aufweisen.
  • Das leitfähige Pulver weist möglicherweise eine durchschnittliche Partikelgröße (D50) von ≥ 0.1 µm bis ≤ 3 µm auf. Die durchschnittliche Partikelgröße wird möglicherweise unter Verwendung zum Beispiel eines Partikelgrößenanalysators Modell 1064D (CILAS Co., Ltd.) gemessen, nachdem das leitfähige Pulver in Isopropylalkohol (IPA) bei 25°C für 3 Minuten mittels Ultraschall dispergiert wurde. Innerhalb dieses durchschnittlichen Partikelgrößenbereichs kann die Pastenzusammensetzung geringen Kontaktwiderstand und geringen Leitungswiderstand bereitstellen. Vorzugsweise weist das leitfähige Pulver möglicherweise eine durchschnittliche Partikelgröße (D50) von ≥ 0.5 µm bis ≤ 2 µm auf.
  • Das leitfähige Pulver ist möglicherweise eine Mischung aus leitfähigen Partikeln, die unterschiedliche durchschnittliche Partikelgrößen (D50) aufweisen.
  • Das leitfähige Pulver ist möglicherweise in einer Menge von ≥ 60 Gew.-% bis ≤ 90 Gew.-% in der Paste vorhanden. Innerhalb dieses Bereichs verhindert das leitfähige Pulver möglicherweise, dass sich die Umwandlungseffizienz einer Solarzelle aufgrund von Widerstandszunahme und von Schwierigkeiten beim Pastenformen wegen der relativen Reduzierung der Menge organischer Trägersubstanz verschlechtert. Vorzugsweise ist das leitfähige Pulver in einer Menge von ≥ 70 Gew.-% bis ≤ 88 Gew.-% vorhanden.
  • Glasfritte
  • Um einen geringen Kontaktwiderstand und eine hohe Qualität des Übergangs sicherzustellen, enthält die Glasfritte TeO2 und ein Übergangsmetalloxid, das einen Schmelzpunkt von ≥ 1300°C oder darüber aufweist.
  • In der Glasfritte ist TeO2 in einer Menge von ≥ 15 Gew.-% bis ≤ 70 Gew.-% vorhanden, vorzugsweise von ≥ 20 Gew.-% bis ≤ 40 Gew.-%, noch mehr bevorzugt von ≥ 20 Gew.-% bis ≤ 35 Gew.-%. Innerhalb dieses Bereichs der Glasfritte kann die Pastenzusammensetzung hervorragende Eigenschaften hinsichtlich des Kontaktwiderstands aufweisen.
  • Das Übergangsmetalloxid weist möglicherweise einen Schmelzpunkt im Bereich von ≥ 1300°C bis ≥ 2000°C auf. Zum Beispiel enthält das Übergangsmetalloxid, das einen Schmelzpunkt von ≥ 1300°C oder darüber aufweist, wenigstens eine der folgenden Substanzen: NiO, WO3 und CO2O3. Das Übergangsmetalloxid, das einen Schmelzpunkt von ≥ 1300°C oder darüber aufweist, ist in einer Menge von ≥ 1 Gew.-% bis ≤ 15 Gew.-%, vorzugsweise von ≥ 3 Gew.-% bis ≤ 12 Gew.-%, noch mehr bevorzugt von ≥ 5 Gew.-% bis ≤ 10 Gew.-% in der Glasfritte vorhanden. Innerhalb dieses Bereichs des Übergangsmetalloxids kann die Pastenzusammensetzung nachteiligen Einfluss auf den pn-Übergang minimieren und den Kontaktwiderstand reduzieren.
  • In einer Ausführungsform sind das TeO2 und das Übergangsmetalloxid, das einen Schmelzpunkt von ≥ 1300°C oder darüber aufweist, möglicherweise in einer Gesamtmenge von ≥ 16 Gew.-% bis ≤ 75 Gew.-%, vorzugsweise von ≥ 20 Gew.-% bis ≤ 60 Gew.-%, noch eher bevorzugt von ≥ 25 Gew.-% bis ≤ 50 Gew.-% in der Fritte vorhanden. Innerhalb dieses Bereichs kann die Pastenzusammensetzung hervorragende Eigenschaften hinsichtlich des Kontaktwiderstands vorweisen. Erfindungsgemäß liegt das Gewichtsverhältnis von TeO2 zum Übergangsmetalloxid, das einen Schmelzpunkt von ≥ 1300°C oder darüber aufweist, im Bereich von 2:1 bis 5:1. Innerhalb dieses Bereichs kann die Pastenzusammensetzung nachteiligen Einfluss auf den pn-Übergang minimieren und den Kontaktwiderstand reduzieren. Erfindungsgemäß enthält die Glasfritte weiterhin ≥ 5 Gew.-% bis ≤ 35 Gew.-% Bi2O3 und ≥ 10 Gew.-% bis ≤ 50 Gew.-% PbO.
  • In einigen Ausführungsformen enthält die Glasfritte möglicherweise weiterhin ≥ 1 Gew.-% bis ≤ 20 Gew.-% ZnO. Innerhalb dieses Bereichs kann die Glasfritte noch weiter verbesserte Effizienz bereitstellen.
  • In einer Ausführungsform enthält die Glasfritte weiterhin möglicherweise wenigstens eine der folgenden Substanzen: Al2O3, ZrO2, P2O5, SiO2, Na2O, B2O3, Ta2O5, Fe2O3, Cr2O3, CoCO3, Li2O, Li2CO3, MgO und MnO2. Die Zusammensetzung der entsprechenden Komponenten in der Glasfritte wird möglicherweise unter Berücksichtigung der Effizienz der Elektrode oder der Stabilität bei hohen Temperaturen abgeglichen.
  • Die Glasfritte ist möglicherweise eine kristallisierte Glasfritte oder eine nicht kristallisierte Glasfritte. Weiterhin ist die Glasfritte möglicherweise eine beliebige von folgenden: eine bleihaltige Glasfritte, eine bleifreie Glasfritte oder Mischungen daraus.
  • Die Glasfritte wird möglicherweise durch Mischen von Metalloxiden und ähnlichem in den oben genannten Mengen unter Verwendung eines üblichen Verfahrens hergestellt. Das Mischen wird möglicherweise unter Verwendung einer Kugelmühle oder einer Planetenkugelmühle durchgeführt. Das vermischte Gemisch wird bei ≥ 900°C bis ≤ 1300°C geschmolzen, gefolgt von raschem Abkühlen bei ≥ 20°C bis ≤ 30°C. Das Reaktionsprodukt wird möglicherweise unter Verwendung einer Scheibenmühle oder einer Planetenkugelmühle zu Pulver vermahlen, um die Glasfritte herzustellen.
  • Die Glasfritte weist möglicherweise eine durchschnittliche Partikelgröße (D50) von ≥ 0,1 µm bis ≤ 5 µm, vorzugsweise von ≥ 0,5 µm bis ≤ 3 µm auf. Die durchschnittliche Partikelgröße (D50) wird möglicherweise unter Verwendung zum Beispiel eines Partikelgrößenanalysators Modell 1064D (CILAS Co., Ltd.) gemessen, nachdem das leitfähige Pulver in Isopropylalkohol (IPA) bei 25°C für 3 Minuten mittels Ultraschall dispergiert wurde.
  • Die Glasfritte ist möglicherweise in einer Menge von ≥ 1 Gew.-% bis ≤ 10 Gew.-% in der Pastenzusammensetzung vorhanden. Innerhalb dieses Bereichs ist es möglich, die Sintereigenschaften und das Haftvermögen des leitfähigen Pulvers zu verbessern, während Verschlechterung der Umwandlungseffizienz aufgrund von Widerstandszunahme verhindert wird. Weiterhin ist es möglich, das Zurückbleiben eines Glasfritteüberschusses nach dem Einbrand zu verhindern, der zu Widerstandszunahme und Verschlechterung der Benetzbarkeit führen kann. Vorzugsweise ist die Glasfritte möglicherweise in einer Menge von ≥ 1 Gew.-% bis ≤ 7 Gew.-% vorhanden.
  • Organische Trägersubstanz
  • Die organische Trägersubstanz enthält möglicherweise ein organisches Bindemittel, das Liquidität für die Paste bereitstellt.
  • Beispiele für das organische Bindemittel umfassen möglicherweise Cellulosepolymere, wie zum Beispiel Ethylcellulose, Hydroxyethylcellulose, Hydroxypropylcellulose, Hydroxyethyl-Hydroxypropyl-Cellulose und ähnliches, AcrylCopolymere, die durch Copolymerisation mit hyydrophilen Acrylmonomeren gewonnen werden, wie zum Beispiel Carboxylgruppen, und Polyvinylharze, ohne auf diese beschränkt zu sein. Diese Bindemittel werden möglicherweise alleine oder als Kombinationen daraus verwendet.
  • Die organische Trägersubstanz enthält möglicherweise weiterhin ein Lösungsmittel. In diesem Fall ist die organische Trägersubstanz möglicherweise eine Lösung, die durch Lösen des organischen Bindemittels im Lösungsmittel hergestellt wird. Die organische Trägersubstanz enthält möglicherweise ≥ 5 Gew.-% bis ≤ 40 Gew.-% des organischen Bindemittels und ≥ 60 Gew.-% bis ≤ 95 Gew.-% des Lösungsmittels. Vorzugsweise enthält die organische Trägersubstanz möglicherweise ≥ 6 Gew.-% bis ≤ 30 Gew.-% des organischen Bindemittels und ≥ 70 Gew.-% bis ≤ 94 Gew.-% des Lösungsmittels.
  • Das Lösungsmittel ist möglicherweise ein organisches Lösungsmittel, das einen Siedepunkt von 120°C oder darüber aufweist. Das Lösungsmittel enthält möglicherweise Carbitol-Lösungsmittel, aliphatische Alkohole, Ester-Lösungsmittel, Cellosolve-Lösungsmittel, Kohlenwasserstoff-Lösungsmittel und ähnliche, die üblicherweise bei der Elektrodenproduktion verwendet werden. Beispiele von Lösungsmitteln, die für die Verwendung in der Pastenzusammensetzungen geeignet sind, umfassen möglicherweise Butylcarbitol, Butylcarbitolacetat, Methylcellosolve, Ethylcellosolve, Butylcellosolve, aliphatische Alkohole, Terpineol, Ethylenglykol, Ethylenglykolmonobutylether, Butylcellosolveacetat, Texanol und Mischungen daraus.
  • Die organische Trägersubstanz ist möglicherweise in einer Menge von ≥ 5 Gew.-% bis ≤ 30 Gew.-% in der Pastenzusammensetzung vorhanden. Innerhalb dieses Bereichs ist es möglich, ineffiziente Dispersion oder übermäßige Viskositätszunahme nach der Herstellung der Pastenzusammensetzung zu verhindern, die zu Schwierigkeiten beim Drucken führen können, sowie Widerstandszunahme und andere Probleme zu verhindern, die während des Einbrands auftreten können. Vorzugsweise ist die organische Trägersubstanz in einer Menge von ≥ 5 Gew.-% bis ≤ 15 Gew.-% vorhanden.
  • In einigen Ausführungsformen enthält die Pastenzusammensetzung bei Bedarf möglicherweise weiterhin typische Zusatzstoffe zur Verbesserung des Fließverhaltens, der Verarbeitungseigenschaften und der Stabilität. Die Zusatzstoffe enthalten möglicherweise Dispergiermittel, Thixotropiermittel, Weichmacher, Viskositätsstabilisatoren, Antischaummittel, Pigmente, UV-Stabilisatoren, Antioxidantien, Haftmittel und ähnliches, ohne darauf beschränkt zu sein. Diese Zusatzstoffe werden möglicherweise alleine oder als Mischungen aus ihnen verwendet. Diese Zusatzstoffe sind möglicherweise in einer Menge von ≥ 0,1 Gew.-% bis ≤ 5 Gew.-% in der Pastenzusammensetzung vorhanden, doch diese Menge wird möglicherweise bei Bedarf geändert.
  • Andere Aspekte der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf eine aus der Pastenzusammensetzung für Solarzellenelektroden geformte Elektrode und eine Solarzelle, die diese enthält. 1 zeigt eine Solarzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Bezugnehmend auf 1: Eine Rückseitenelektrode 210 und eine Vorderseitenelektrode 230 werden möglicherweise durch Drucken und Einbrennen der Pastenzusammensetzung auf einem Wafer oder Substrat 100 geformt, der/das eine p-Schicht 101 und eine n-Schicht 102 enthält, die als ein Emitter dient. Zum Beispiel wird ein Vorbereitungsprozess zur Herstellung der Rückseitenelektrode 210 durchgeführt, indem die Pastenzusammensetzung auf die Rückseite des Wafers 100 gedruckt wird und die gedruckte Paste bei ≥ 200°C bis ≤ 400°C für ≥ 10 bis ≤ 60 Sekunden getrocknet wird. Weiterhin wird möglicherweise ein Vorbereitungsprozess zur Herstellung der Frontseitenelektrode durchgeführt, indem die Paste auf die Vorderseite des Wafers gedruckt wird und die gedruckte Paste getrocknet wird. Dann werden möglicherweise die Frontseitenelektrode 230 und die Rückseitenelektrode 210 geformt, indem der Wafer bei ≥ 400°C bis ≤ 950°C, vorzugsweise bei ≥ 850°C bis ≤ 950°C für ≥ 30 bis ≤ 50 Sekunden eingebrannt wird.
  • Als nächstes wird die vorliegende Erfindung ausführlicher unter Bezugnahme auf Beispiele beschrieben. Allerdings soll angemerkt werden, dass diese Beispiele lediglich zur Veranschaulichung bereitgestellt werden und in keiner Weise als die Erfindung einschränkend ausgelegt werden sollten.
  • Die Beschreibung von Einzelheiten, die für Fachleute offensichtlich sind, wird der Übersichtlichkeit halber weggelassen.
  • Beispiele
  • Die Spezifikationen der in den folgenden Beispielen und Vergleichsbeispielen verwendeten Komponenten lauteten wie folgt:
    1. (A) Leitfähiges Pulver: sphärisches Silberpulver (Dowa Hightech Co., Ltd., AG-4-8), das eine durchschnittliche Partikelgröße (D50) von 2 µm aufweist.
    2. (B) Glasfritte: Die folgenden Komponenten wurden in den in Tabelle 1 (Einheit: Gew.-%) aufgeführten Mengen gemischt und bei 1200°C geschmolzen, gefolgt von raschem Abkühlen auf 25°C. Das Reaktionsprodukt wurde unter Verwendung einer Scheibenmühle zu Pulver vermahlen, wodurch eine Glasfritte hergestellt wurde, die eine durchschnittliche Partikelgröße (D50) von 2 µm aufwies.
    Tabelle 1
    PbO SiO2 TeO2 Bi2O3 P2O5 Li2O ZnO NiO WO3 Co2O3
    Beispiel 1 40,00 5,00 22,00 20,00 0,00 3,00 0,00 10,00 0,00 0,00
    Beispiel 2 40,00 5,00 22,00 20,00 0,00 3,00 0,00 0,00 10,00 0,00
    Beispiel 3 40,00 5,00 22,00 20,00 0,00 3,00 0,00 0,00 0,00 10,00
    Beispiel 4 45,00 0,00 27,00 20,00 1,00 2,00 0,00 5,00 0,00 0,00
    Beispiel 5 45,00 0,00 27,00 20,00 1,00 2,00 0,00 0,00 5,00 0,00
    Beispiel 6 45,00 0,00 27,00 20,00 1,00 2,00 0,00 0,00 0,00 5,00
    Beispiel 7 15,00 0,00 30,00 40,00 0,00 0,00 5,00 0,00 10,00 0,00
    Beispiel 8 40,00 5,00 30,00 10,00 0,00 0,00 5,00 0,00 10,00 0,00
    Beispiel 9 15,00 0,00 30,00 40,00 0,00 0,00 5,00 10,00 0,00 0,00
    Beispiel 10 15,00 0,00 30,00 40,00 0,00 0,00 5,00 0,00 0,00 10,00
    Beispiel 11 10,00 0,00 30,00 40,00 0,00 0,00 5,00 0,00 15,00 0,00
    Beispiel 12 10,00 0,00 30,00 40,00 0,00 0,00 15,00 0,00 5,00 0,00
    Vergleichs beispiel 1 65,00 10,00 22,00 0,00 0,00 3,00 0,00 0,00 0,00 0,00
    Vergleichs beispiel 2 40,00 0,00 57,00 0,00 0,00 3,00 0,00 0,00 0,00 0,00
    Vergleichs beispiel 3 40,00 5,00 22,00 20,00 0,00 3,00 10,00 0,00 0,00 0,00
    • (C) Organische Trägersubstanz: Ethylcellulose (Dow Chemical Company, EC STD4) und Butylcarbitol.
  • Beispiele und Vergleichsbeispiele: Herstellung der Pastenzusammensetzung 11 g organischer Trägersubstanz, gewonnen durch Mischen von 86 g Silberpulver, 1 g Ethylcellosolve und 10 g Butylcarbitol, wurden 3 g der Glasfritte (hergestellt wie oben) zugesetzt, gefolgt von Mischen und Kneten in einem Drei-Walzen-Kneter, wodurch eine Pastenzusammensetzung für Solarzellenelektroden hergestellt wurde. Die Pastenzusammensetzung wurde dann auf einer Siebdruckplatte abgeschieden, indem eine Rakel darüber gerollt wurde. Die Pastenzusammensetzung wurde auf einen polykristallinen Wafer gedruckt, der einen durchschnittlichen Oberflächenwiderstand von 80 Ω aufwies, während die Pastenzusammensetzung auf eine Bildfläche der Siebdruckplatte gepresst wurde. Der bedruckte Wafer wurde in einem BTU-Brennofen (BTU International Co.) bei einer Temperatur von 950°C in sechs Heizzonen und einer Bandgeschwindigkeit von 250 U/min eingebrannt. Nach dem Einbrand wurde die Solarzelleneffizienz (in %) unter Verwendung eines PASSAN-Zellentesters gemessen. Tabelle 2
    Effizienz (%)
    Beispiel 1 16,35
    Beispiel 2 16,88
    Beispiel 3 16,15
    Beispiel 4 16,38
    Beispiel 5 16,55
    Beispiel 6 16,64
    Beispiel 7 16,06
    Beispiel 8 16,26
    Beispiel 9 16,32
    Beispiel 10 16,27
    Beispiel 11 16,22
    Beispiel 12 16,29
    Vergleichsbeispiel 1 10,89
    Vergleichsbeispiel 2 14,5
    Vergleichsbeispiel 3 12,78
  • Wie in Tabelle 2 gezeigt wird, wiesen die aus den Pastenzusammensetzungen des erfindungsgemäßen Beispiels hergestellten Elektroden eine höhere Solarzelleneffizienz auf. Im Gegensatz dazu wiesen die Elektroden eine deutlich geringe Solarzelleneffizienz auf, die unter Verwendung der Pastenzusammensetzungen hergestellt wurden, welche die Glasfritte ohne das Übergangsmetalloxid umfasste, das einen Schmelzpunkt von ≥ 1300°C oder darüber aufwies.

Claims (9)

  1. Pastenzusammensetzung für Solarzellenelektroden, die Folgendes umfasst: ein leitfähiges Pulver, eine Glasfritte und eine organische Trägersubstanz, wobei die Glasfritte TeO2 und ein Übergangsmetalloxid umfasst, das einen Schmelzpunkt von ≥ 1300°C oder darüber aufweist, die Glasfritte weiterhin ≥ 5 Gew.-% bis ≤ 35 Gew.-% Bi2O3 und ≥ 10 Gew.-% bis ≤ 50 Gew.-% PbO umfasst, wobei das Übergangsmetalloxid, das einen Schmelzpunkt von ≥ 1300 ° C oder darüber aufweist, wenigstens eine der folgenden Substanzen umfasst: NiO, WO3 und Co2O3, und wobei das Gewichtsverhältnis von TeO2 zum Übergangsmetalloxid, das einen Schmelzpunkt von ≥ 1300° C oder darüber aufweist, im Bereich von 2:1 bis 5:1 liegt, wobei die Glasfritte 1 Gew.-% bis 15 Gew.-% des Übergangsmetalloxids umfasst, das einen Schmelzpunkt von ≥ 1300°C oder darüber aufweist, wobei die Glasfritte ≥ 15 Gew.-% bis ≤ 70 Gew.-% TeO2 umfasst.
  2. Pastenzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das TeO2 und das Übergangsmetalloxid, das einen Schmelzpunkt von ≥ 1300°C oder darüber aufweist, in einer Gesamtmenge von ≥ 16 Gew.-% bis ≤ 75 Gew.-% in der Glasfritte vorhanden sind.
  3. Pastenzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Glasfritte weiterhin ≥ 1 Gew.-% bis ≤ 20 Gew.-% ZnO umfasst.
  4. Pastenzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Glasfritte weiterhin wenigstens eine der folgenden Substanzen umfasst: Al2O3, ZrO2, P2O5, SiO2, Na2O, B2O3, Ta2O5, Fe2O3, Cr2O3, CoCO3, Li2O, Li2CO3, MgO und MnO2.
  5. Pastenzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das leitfähige Pulver wenigstens eines der folgenden Pulver umfasst: Silber- (Ag), Gold- (Au), Palladium- (Pd), Platin- (Pt), Kupfer- (Cu), Chrom- (Cr), Cobalt- (Co), Aluminium- (Al), Zinn- (Sn), Blei- (Pb), Zink- (Zn), Eisen- (Fe), Iridium- (Ir), Osmium- (Os), Rhodium-(Rh), Wolfram- (W), Molybdän- (Mo), Nickel- (Ni) oder Indiumzinnoxidpulver (ITO).
  6. Pastenzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die organische Trägersubstanz ein Bindemittel, ein Lösungsmittel oder Mischungen aus diesen umfasst.
  7. Pastenzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, die Folgendes umfasst: ≥ 60 Gew.-% bis ≤ 90 Gew.-% des leitfähigen Pulvers, ≥ 1 Gew.-% bis ≤ 10 Gew.-% der Glasfritte und ≥ 5 Gew.-% bis ≤ 30 Gew.-% der organischen Trägersubstanz.
  8. Pastenzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, die weiterhin Folgendes umfasst: wenigstens einen der Zusatzstoffe Dispergiermittel, Thixotropiermittel, Weichmacher, Viskositätsstabilisatoren, Antischaummittel, Pigmente, UV-Stabilisatoren, Antioxidantien und Haftmittel.
  9. Solarzellenelektrode, angefertigt unter Verwendung der Pastenzusammensetzung für Solarzellenelektroden nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
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