TW201213265A - Conductive paste for a solar cell electrode - Google Patents

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TW201213265A
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solar cell
conductive paste
positive
cell electrode
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TW100127924A
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Hisashi Matsuno
Norihiko Takeda
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Du Pont
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Description

201213265 、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 ^發明係關於-太陽能電池，更具體地說，係關於 一太陽能電池電極及—製造太陽能電池電極之方法。 【先前技術】 用於太％能電池之電極一般需要低電阻，以促進 太陽能電池之電特性。 美國專利申請案第2006/0102228號揭示由一混合 物製成之一太陽能電池接點，其中該混合物包含一固體 部分及一有機部分，其中該固體部分包含自約Μ至約 ^重直百分比之銀及約i至約15重量百分比之玻璃成 分，其中該玻璃成分包含從約15至約75莫耳百分比之
PbO、從約5至約5〇莫耳百分比之Si〇2且較佳地不含 B2O3。 【發明内容】 β么本發明之一目的在於提供一導電膏’其可使得一太 陽食b電池電極具有良好的電特性，並提供一具有自該導 電膏形成之一電極的太陽能電池。 本發明之-實施態樣係關於一製造太陽能電池電 極之方法，财法包含訂步驟：⑻製備—半導體基 材，其包括m層與形成在該負層和該正層上 的鈍化層；⑻施加一導電膏至形成在該正 =及該負層這兩層上之-或多個該純二其 中⑽電膏含有；導電粉末；⑼―一熔塊，以 4 201213265 該玻璃熔塊中之每一成分之總莫耳分率為基礎，其含有 45至81莫耳百分比(mol%)之PbO、1至38莫耳百分比 之Si〇2、及5至47莫耳百分比之B2〇3 ;及(iii)一樹脂 黏合劑；以及(c)燒製該導電膏。 本發明之另一實施態樣係關於一用於製造太陽能 電池電極之導電膏，其含有：一導電粉末；一玻璃熔塊， 以該玻璃熔塊中之每一成分之總莫耳分率為基礎，其含 有45至81莫耳百分比(m〇i%)之pb〇、1至％莫耳百 分比之Si〇2、及5至47莫耳百分比之b2〇3 ;及一樹脂 黏合劑。 根據本發明之太陽能電池電極能夠達到優越的電 特性。 【實施方式】 用於太陽能電池電極的一導電膏包括一導電粉 末、一玻璃熔塊及一樹脂黏合劑。於下說明導電膏及以 該導電膏製成之太陽能電池電極之製造方法。 導電粉末 導電粉末為一金屬或合金粉末，其形成在電極中傳 輸電子的一導電層。在一實施例中，導電粉末的導電性 在 293 凱氏溫度(Keivin)下高於 ι.〇〇χΐ〇7 西（Siemens， S)/m ’在另一實施例中，於293 Kelvin下高於3.〇〇χΐ〇7 S/m’且在另一實施例中，於293 Kelvin下高於5.〇〇χι〇7 S/m。 201213265 在一實施例中’於293 Kelvin下，導電金屬具有 Ι.ΟΟχΙΟ7西(S)/m或更高之導電性。這類導電金屬為諸 如鐵(Fe ; l.OOxlO7 S/m)、鋁(Al; 3.64xi〇7 s/m)、錄(Ni ; 1.45χ1〇7 S/m)、銅(Cu ; 5·81χ107 S/m)、銀(Ag ; 6 17xl〇7 S/m)、金(Au ; 4·17χ107 S/m)、鉬(Mo ; 2·1〇χ1〇7 s/m)、 鎂(Mg ; 2.30x107 S/m)、鎢(W ; 1·82χΐ〇7 S/m)、鈷(c〇 ; 1·46χ1〇7 s/m)及鋅(Zn ; 1.64x1 〇7 S/m)。 在—實施例中，導電粉末包括一選自由Fe、A1、
Nl、Cu、Ag、Au、Mo、Mg、w、c〇 與 Zn 及复 物所構成之群組的金屬。在另—實施 電= 括-選自由一、^一二^末包 構成之群細凰.„ 八思合物所 2 §、Μ、CU、Nl及其-混合物所構成ί 、在建些金屬在市面上均相當容易睛買。群組的 列實例戶H施例中，導電粉末可包括心Α1。^ 較低、了含有Ag#aA1之太陽能電池電_“ C末可為合金粉末。合金包括，^ ♦Cu、Ag_Ni 及 Ag_Cu_Ni。 I 不限於 粒 比 子直ί 末的粒子直徑上並無特殊限制。^ 衫s導電粉末的燒結特性。例 過， 具有;^子直徑之銀粒子燒結得更加緩慢。大報輪子 一實只施例中，粒子直徑可為ο·1至ίο 實施例中可為i至8 =10_’在另 至5pm。巧主，且在另1施例中可為2 6 201213265 粒子直徑(DSO)係藉由使用雷射繞射散射法來測量 立子直控之分布而獲得，並可定義為⑽。黯睡此 型遠X-100為商業上可購得之裝置之一實例。 ^電杯末的形狀可為結節狀、片狀或球狀。結節狀 粉末為具有有節或圓形形狀的不規則粒子。 導電粉末可包括二或多種類型的導電粉末，其具有 不同直徑或不同形狀。 以導電膏的總重量為基礎，在一實施例中，導電粉 末可為60至90重量百分比(wt%)，在另一實施例中可 為70至88重量百分比，在另一實施例中可為78至 重里百分比。在導電膏巾具有這類量的導電粉末可保持 足夠的導電性。 在一實施例中，導電粉末可具有普通高純度 (99%)。不過，取決於電極圖案的電氣需求，亦可使用 較不純的金屬或合金。在一實施例中，導電粉末的純度 向於95%，且在另一實施例中高於9〇0/。。 導電粉末可含有二或多個不同的金屬或合金。在— 實施例中，導電粉末可包括A1粉末。藉由含入A1粉末， 可如下列實例所示般地改善太陽能電池之一電特性。基 本上，A1粉末的條件(例如，粒度)可與上文之尊雷4八 的解釋相同。不過，當A1粉末與其他金屬粉末或合金 粉末併用而作為一混合物或一合金粉末時，可將下列條 件列入考慮。 〜 以導電粉末的重量為基礎，在一實施例中，A1粉 末可為0.1至8重畺百分比(wt〇4)，在另一實施例中可 7 201213265 為0.3至6重量百分比，且在另一實施例中可為〇 5至 4重量百分比。 在一實施例中’ A1鋁粉末或含Α1之合金粉末的粒 子直徑(；D50)可不小於1 ，在另一實施例中可不小於 2_0μηι，且在另一實施例中可不小於3 〇μιη。在一實施 例中’ Α1粉末或含Α1之合金粉末的粒子直徑(D5〇)不大 於20μπι，在另一實施例中不大於12μιη，且在另一實 施例中不大於8 μηι。由於鋁粉末的這類粒子直徑，電 極可以具有與半導體層更佳的接觸性。 為了測量Α1粉末的粒子直徑(D5〇)，可實施與用於 導電粉末相同的方法。 A1粉末或含A1之合金粉末的純度可為99%或更 高。在一實施例中，A1粉末或含八丨之合金粉末的純度 可咼於95% ’且在另一實施例中高於。 玻璃熔塊 用在本文所述之膏中的玻璃熔塊促進導電粉末的 燒結’且亦幫助電極黏合至基材。 破璃組合物’亦稱為玻璃熔塊，在此處敘述為包括 某些成分百分比（亦稱為元素組分h特別是，百分比為 後續如本文所述般進行處理以形成玻璃組成物之玻璃 起始材料的相對量。這類命名法對於熟悉此項技術者來 說早為已知。換言之’玻璃組成物含有一些成分，且那 些成分的百分比係表示為對應之氧化物形式的百分 比。如熟習本項技藝者在玻璃化學中所理解，在製作玻 8 201213265 璃的過程中，可釋放出一特定部分的揮發性物種 • (volatile species)。揮發物種之一實例為氧。 若以一經燒製之玻璃開始，則熟習本項技藝者可使 用本技藝中已知的方法計算出本文所述之起始成分的 百分比（元素組分）’該等方法包括，但不限於：感應輕 合電漿放射光譜儀(ICP-ES)、感應耦合電t原子放射光 譜儀(ICP-AES)、感應耦合電漿質譜儀(ICP-MS)及X射 線螢光光譜儀(XRF)。 以玻璃熔塊中之每一成分之總莫耳分率為基礎，玻 璃熔塊包括45至81莫耳百分比(mol%)之Pb〇、1至38 莫耳百分比之Si〇2及5至47莫耳百分比之B2〇3。 本文所述之玻璃熔塊組成物（包括表I所列出的那 些）並未受限於具有例示性成分。吾人預期在玻璃化學 技術中具有普通技能者可以對額外成分施以少量置 換，且實質上不會改變該玻璃組合物的想要性質。例 如，按莫耳百分比置換諸如P2〇5 〇至3、Ge〇2 〇至3、 V205 0至3的破璃形成物可個別或結合制，以達成針 對PbO、Si〇2或B2〇3之類似性能。例如，可將一或多 個中間氧化物(例如，Ti〇2、Ta2〇5、Nb2〇5、Zr〇2、Ce〇2 及Sn〇2)添加至玻璃組成物。 以玻璃熔塊中之每一成分之總莫耳分率為基礎，在 —實施例中，玻璃熔塊中的Pb〇可為45至81莫耳百 分比，在另一實施例中可為48至75莫耳百分比，在另 —實施例中可為50至65莫耳百分比。 以玻璃炼塊中之每-成分之總莫耳分率為基礎，在 —實施例中，玻璃熔塊中的Si〇2可為1至38莫耳百分 9 201213265 比，在另一實施例中可為1至32莫耳百分比，在另一 實施例中可為1 ·5至25莫耳百分比。 以玻璃溶塊中之母一成分之總莫耳分率為基礎，在 一實施例中，玻璃熔塊中的B2〇3可為5至47莫耳百分 比，在另一實施例中可為1〇至4〇莫耳百分比，在另— 實施例中可為20至38莫耳百分比。 以玻璃熔塊中之每一成分之總莫耳分率為基礎，在 一實施例中’玻璃熔塊可進一步包括〇至10莫耳百分 比(mol/ί>)之氧化銘(八丨2〇3)’在另一實施例中為〇. 1至8 2 莫耳百分比，在另一實施例中為0 5至5莫耳百分比， 在另一實施例中為0.5至3莫耳百分比，在另一實施例 中為1至3莫耳百分比。 本文中所使用的玻璃組成物，係以莫耳百分比之總 玻璃組成物顯示在表1中。除非另加陳述，否則如本文 所用之莫耳百分比僅意指玻璃組成物的莫耳百分比。含 PbO之玻璃樣本示於表]。
C JV.V i 41.96 1.99 6.04 100 40.01 21.96 1.99 36.04 100 0 η 60.01 21.96 1.99 16.04 100 / Q 70.01 21.96 1.99 6.04 100 — Ο 45.01 16.96 1.99 36.04 100 55.01 26.96 1.99 16.04 100 10 201213265 • 10 60.01 31.96 1.99 6.04 100 11 • 60.01 11.96 1.99 26.04 100 12 40.01 31.96 1.99 26.04 100 13 40.01 11.96 1.99 46.04 100 14 70.01 11.96 1.99 16.04 100 15 40.01 41.96 1.99 16.04 100 16 50.01 1.96 1.99 46.04 100 17 60.01 1.96 1.99 36.04 100 18 70.01 1.96 1.99 26.04 100 19 80.01 1.96 1.99 16.04 100 20 60.01 12.96 0.00 27.03 100 21 60.01 12.46 1.00 26.53 100 22 60.01 10.96 4.00 25.03 100 23 60.01 8.96 8.00 23.03 100 在一實施例中，玻璃熔塊可具有位於250至650°C 之範圍内的軟化點，在另一實施例中為300至500°C， 在另一實施例中為300至450°C，且在另一實施例中為 310至400°C。在此說明書中，藉由熱差分析（DTA) 來決定「軟化點」。為了藉由DTA來測定玻璃軟化點， 研磨樣本玻璃，並將一參考材料引入爐中，以每分鐘5 至20°C之恆定速率加熱。偵測兩者間之溫度差以研究 自該材料之演化及熱吸收。一般而言，第一演化尖峰在 玻璃相變溫度上（Tg)、第二演化尖峰在玻璃軟化點上 (Ts)、第三演化尖峰在結晶點上。當玻璃熔塊為非結 晶玻璃時’結晶點不會出現在DTA上。 在一實施例中，當以0至800°C進行燒製時，玻璃 熔塊可為非結晶玻璃。在此說明書中，如上述般藉由 201213265 DTA決定「非結晶玻璃」。在非結晶玻璃DTA中，當以 0至800°C進行燒製時，不會出現第三演化尖峰。 以導電粉末的100重量份數為基礎，在一實施例 中，玻璃熔塊可為2至21重量份數，在另一實施例中 為4至16重量份數’在另一實施例中為6至13重量份 數。具有這類量的玻璃熔塊可有助於燒製期間的金屬燒 結或電極對基材的黏合性。 可藉由一習知的玻璃製造技術來製造本文所述之 玻璃熔塊。下列程序為一實例。先以所需比例稱重成 分，接著將其混合，再於一爐中加熱，q便在始合金掛 鋼中形成一炫體。如此技藝中皆知，在峰值溫度 (800_1400°C )進行加熱並維持一段時間’使得熔化物 變成完全液態且均質。熔融的玻璃接著在異向旋轉的不 鏽鋼滾輪之間進行淬火，以形成10至15密耳(mii)厚的 一玻璃薄板。接著碾磨所得的玻璃薄板，以形成一粉 末，其具有介於一所需目標(例如，〇·8至1.5 μπι)間的 50%體積分布集合。熟悉製造玻璃熔塊之技術者可利用 替代的合成技術(例如但不受限於，水淬火、溶膠_凝膠、 喷霧熱解或其他適於製造粉末形式之玻璃的技術）。美 國專利申請案第2006/231803號與2006/231800號，其 揭露一種製造可用於本文中所述之玻璃熔塊製造之玻 璃製造方法，在此以引用方式將其全文包含於此。 熟悉此技術者將瞭解原料的選擇可無意地包括雜 質’而雜質可在處理期間併入玻璃中。例如，雜質可以 數百至數千ppm的範圍存在。 201213265 雜質的存在將不會改變玻璃、厚膜組合物威燒製裝 置的性質。例如，即使該厚膜組成物包括雜質’含有5亥 厚膜組成物的一太陽能電池仍可具有本文所述的效率。 金屬添加劑 在一實施例中，厚膜組成物可包括一金屬添加劑。 在另一實施例中，金屬添加劑可選自下列的一成多個： ⑻一金屬，其中該金屬係選自Pb、Bi、Gd、Ce、Zr、 Ti、Μη、Sn、RU、Fe、B、Ga、In、Ή、Si 及 Cr ; (b) 選自下列之一或多個金屬之一金屬氧化物：Zn、Pb、 Bi、Gd、Ce、Zr、Ti、Μη、Sn、Ru、Co、Fe、Cu、B、 A1、Ga、In、T1、Si及Cr ; (c)一經燒製便可產生(b)之 金屬氧化物的任何化合物；及(d)其混合物。 在另一實施例中，添加劑可包括含鋅添加劑。含辞 添加劑可包括下列之一或多個：（a) Zn ; (b) Zn之金屬 氧化物；（c)一經燒製便可產生zn之金屬氧化物的任何 化合物，以及(d)其混合物。在另一實施例中，含鋅添加 劑可包括樹脂酸鋅。 以導電粉末的100重量份數為基礎，在一實施例 中，導電膏中的金屬添加劑可為2至10重量份數。 在一實施例中’粒子直徑(D50)可為7奈米（nm)至 125 nm ° 樹脂黏合劑 導電膏含有一樹脂黏合劑。導電粉末及玻璃熔塊係 藉由諸如機械混合分散在樹脂黏合劑中，以形成稱為 201213265 「賞」的黏稠組成物，其具有適用於印刷之稠度及流變 性。多種惰性黏稠材料可用作樹脂黏合劑。 在本說明書文件中，「樹脂黏合劑」含有作為樹脂 的聚合物。若為高黏度，則可將溶劑添加至樹脂黏合 劑，以調整黏度。 可使用任何樹脂黏合劑，例如，一樹脂或乙基纖維 素的松油溶液、乙二醇單丁基醚單乙酸酯溶液、松脂醇 溶液或酯醇(texan〇i)溶液。在另一實施例中，樹脂黏合 劑可為乙基纖維素之酯醇溶液。 不含聚合物的溶劑（例如，水或一有機液體）可用 作/黏度調整劑。 在一實施例中，以導電粉末之100重量份數為基 礎，樹脂黏合劑可為4至17重量份數。 添加劑 可將作為添域的增躺、穩定㈣界面活性劑添 如矣本發明之導電f。亦可添加其他常用的添加劑(例 妒，分散劑、黏度調整劑等等）。添加劑的量取決於所 得之導電膏的所需雜，且在產業中可經由人為選擇。 亦β添加多個類型的添加劑。 數造太陽能電池電極 本發明可應用至使用半導體基材之任何類型的太 晴膝電池’該半導體基材包括―負層一正層及形成在 負詹與正層上的鈍化層。 201213265 正層可定義為含有一稱為受體摻雜劑之雜質的一 半導體層，其中該受體摻雜劑在半導體元件中引入不足 的價電子。在正層中，該受體摻雜劑從半導體元件接收 自由電子，且因此在價帶中產生正電荷電洞。 負層可定義為一含有一稱為施體摻雜劑之雜質的 半導體層，其中該施體摻雜劑在半導體元件中引入額外 的價電子。在負層中，自由電子係在導帶中由該施體摻 雜劑產生。 如上所述，藉由將雜質添加至一本質半導體，不僅 可藉由雜質原子的數目來使導電性改變，且亦可藉由雜 質原子的類型來使導電性改變，且變化可為一千倍及一 百萬倍。 本發明之實施例在下文參照圖式之圖1至圖2加以 解釋。下文所給定的實施例僅為實例，且對那些熟悉此 項技術者而言，適當的設計變更是可行的。 圖1缘示一製造一N型基底太陽能電池的方法。在 N型基底太陽能電池中，一半導體基材為一 N型基底半 導體基材’其包括一負層、一正層及形成在負層與正層 上的鈍化層，其中正層係形成在負層的一側上。 在圖1A中，製備包括負層10及正層20之一部分 的N型基底半導體基材。正層20可形成在負層10的一 侧上。正層20可藉由以一受體雜質摻雜(例如，藉由將 三溴化硼(BBr3)熱擴散至負層表面之一側中）來形成。 N型基底半導體基材可為碎基材。半導體基材可具 有每平方數十歐姆(ohm/口)等級的片電阻值。 201213265 在圖1B中，於正層2〇的一侧上形成鈍化層3〇。 藉由鈍化層，半導體基材可藉由基材表面之電子與正電 洞的再結合來減少人射光之損耗及/或減少電荷載體之 損耗。當鈍化層作用於減少入射光之損耗時，鈍化層 30亦可稱為抗反射塗層（ARC)。氮化石夕(8ίΝχ)、氧化欽 (Ti〇2)、氧化鋁(ai2o3)、氧化矽(Si〇x)、氧化钽(Ta2〇5)、 氧化銦錫（ιτο)或碳化矽（SiCx)均可用作用於形成鈍化 層之一材料。在一實施例中，N型基底太陽能電池中的 純化層可由Si〇2、Al2〇3、SiNx形成，在另一實施例中 則由Al2〇3形成。這些材料可有效用於抑制正層表面之 電子與正電洞的再結合。
Al2〇3層或Ti〇2層可藉由原子層沈積(AL〇)法來形 成。Ti〇2層可藉由熱化學氣相沈積(CVD)法在有機欽酸 酉旨和水於250 c至300°c加熱的情況下形成。 si〇x層可藉由熱氧化法、熱CVD法或電浆增強 CVD法絲成。在熱CVD法的情況下，祕14氣體及 〇2氣體係用來在700°C至90〇。(：下進行加埶。在電喂辦 5金CVD法的情況下，SlH4氣體及〇2氣體係用來例如^ 200°C至700°C下進行加熱。抓層亦可藉由濕氧化法 以硝酸(hno3)形成。 鈍化層可為材料的多個堆疊。例如，鈍化層30可 由形成在正層20上的八丨2〇3層及形成在Ai2〇3a層上的 8%層這兩層構成。 雖然取決於太陽能電池上的需求，但純化層3〇的 厚度可為1至2000埃厚。 曰 201213265 如圖1C所繪示，在一實施例中，雖非必要，但一 η層40可於負層1〇中形成在正層2〇的另一側。n+層 40可予以省略βη+層40含有一濃度比負層1〇中所含的 更咼的施體雜質。例如，在矽半導體的情況下，η+層4〇 可藉由填之熱擴散來形成。藉由形成η+層，可減少 電子與電洞在負層10及η+層40之邊界處的再結合。當 形成η層40時’Ν型基底半導體基材在負層1〇及於下 列步驟中所形成之鈍化層5〇間包括η+層。 在圖1D中，於η+層40上形成另一鈍化層5〇。當 未形成η+層40時，鈍化層50可直接形成在負層之上。 鈍化層50可如上文針對鈍化層3〇所述般地形成。就其 形成材料及厚度或形成方法而言，鈍化層5〇可不同於 位在正層上者。此處，製備至少包括負層1〇、正層2〇 及在其上之鈍化層之Ν型基底半導體基材1〇〇，以形成 一太陽能電池電極。 在圖1Ε中’將導電膏6〇施加至位於正層上之純化 層30上，後續使之乾燥。導電膏6〇可藉由網版印刷來 施加。 在一實施例中，所施加之導電膏的圖案為梳狀，其 具有複數個稱為指狀線或栅線的平行線及垂直橫越指 狀線的匯流排棒，此在太陽能電池的領域中係普遍為人 所熟知。 將導電膏70施加至位於η+層4〇上之鈍化層50 上，後續使之乾燥。導電膏7〇可藉由網版印刷來施加。 導電賞70可與施加在正層側邊上的相同或相異。 201213265 本文所述之作為一實例者為將導電膏首先施加在 正層側邊上。不過，亦可將導電膏70首先施加在負層 側邊上，接著再施加至另一側。甚至可同時施加至正面 與背面。 在一實施例中，導電膏可僅施加至位於正層2〇上 化層30上。不過，導電膏可用在兩鈍化層上，至 少虽施加在正層側邊上時，一太陽能電池電極在下列實 例中可如表2所示般具電阻優越性。 在—實施例中’導電膏可施加至鈍化層3〇、5〇這 兩層之上。如實例中所示，在兩側上施加導電膏，太陽 能電池之電特性可幾乎與僅在正層侧邊上施加的情況 相等。 ^接著在紅外線爐中以一例如450°C至lOOOt的測 量μ度實行燒製。燒製總時間可為3〇秒至5分鐘。在 燒製測1溫度超過l〇〇〇°c或燒製時間超過5分鐘的情 況下’可使半導體基材發生損壞。 在另一實施例中，燒製輪廓在測量溫度超過4〇〇。匚 時可為10至6〇秒，且超過6〇(rc時為2至1〇秒。燒 製峰值溫度可低於_。(：。#制位於上文提及之範圍 内的燒製溫度與時p树，在燒製期間可使半導體基材較 少發生損壞。燒製溫度可以附接至♦基材之上表面的熱 電偶來測量。 如圖1F中所繪示，導電膏6〇和7〇在燒製期間分 別燒穿鈍化層3G和5G，以便—p型太陽能電池電極61 及- η型太陽能電池電極71可形成為具有足夠的電特 性。 201213265 • 在一實施例中，本發明之太陽能電池電極至少可為 • 形成在正層20上的p型電極61。在另一實施例中，太 陽能電池電極可為p型電極61和η型電極71兩者。 當實際操作時，太陽能電池可安裝為正層位於光接 收側之正面，且負層位於太陽能電池之光接收侧之相對 側的背面。太陽能電池亦可相反地安裝，以便正層位於 背面而負層位於光接收侧。光接收側可稱為正面，而光 接收側的相對側則可稱為背面。 針對Ν型基底太陽能電池之製造，可將下列併入本 文以供參照。 -A.Weeber等人之用於低成本工業生產之Ν型太陽能 電池的狀態；第24屆歐洲光伏太陽能會議及展示之會 議論文集（Proceedings of 24th European Photovoltaic solar Energy Conference and Exhibition)，2009 年 9 月 21 至 25 日，漢堡（Hamburg)，德國（Germany)
-J.E. Cotter等人之p型對η型矽晶圓：對高效率商用 矽太陽能電池之展望；IEEE電子元件會刊（IEEE transactions on electron devices);第 53 卷，第 8 期，2006 年8月，第1893至1896頁。 在一實施例中，太陽能電池電極可用在背接觸型太 陽能電池中。針對背接觸型太陽能電池之實施例，下文 解釋形成在背接觸型太陽能電池中之太陽能電池電極 的製造過程。 背接觸型太陽能電池之半導體基材包括一負層、一 正層及形成在負層與正層上的鈍化層，其中負層與正層 兩者位於半導體基材之一側上。當安裝好太陽能電池實 19 201213265 際在陽光下使用時，存在正層與負層之該側變成為光接 收側之相對側的背面。 參照圖2，以下將說明製造背接觸型太陽能電池之 一太陽能電池電極之方法及一背接觸型太陽能電池。 如圖2A所示般製備包括半導體基底202、負層 205、正層206及形成在負層2〇5與正層2〇6上之鈍化 層204之半導體基材2〇〇，其中負層205與正層206兩 者均位於半導體基材200之一側上。負層205與正層 206係形成在v溝槽之表面上，且v溝槽係在先前藉由 以氫氧化物（KOH)或氫氧化四曱銨(TMAH)蝕刻所形 成。 形成在負層205與正層206上的鈍化層204是用於 藉由電子及正電洞之再結合來減少電荷載體之損耗。鈍 化層之形成材料與方法可與上述相同。 雖為選用，但在一實施例中，鈍化層2〇3可形成在 半導體基底202之另一側上。當太陽能電池實際運轉 時，鈍化層203位處光接收側，以便其除了減少電荷載 體之損耗外’可作用於減少入射光之損耗。鈍化層2〇3 之形成材料與方法亦可與上述相同。不過，鈍化層2〇3 之一實例為一兩層式結構’其具有氮化石夕(&νχ)層203a 及一氧化鈦(Ti〇2)層203b。該兩層式結構可具有高折射 〇 太％能電池電極係使用導電貧形成。如圖2B所繪 示’對V溝槽施加導電膏207與208。可藉由圖案化方 法(例如’網版印刷、板印刷或分配器施加）來施加導電 膏207與208。可以利用導電膏填充V溝槽。 20 201213265 接下來，燒製在其中施加有導電膏207與208之半 導體基材200。燒製條件可與上述之N型基底太陽能電 池相同。透過燒製步驟，形成n型太陽能電池電極2〇9 及P型太陽能電池電極210。 在本發明中，於一實施例中，如上述之導電膏可以 施加在背接觸型太陽能電池中的正層2〇6上。在本發明 中，於另一實施例中，如上述之導電膏可施加在負層 205與正層206這兩層之上。 導電膏207與208在燒製期間可燒穿鈍化層2〇4(其 並未示於圖2)，以便η型太陽能電池電極2〇9及p型太 陽能電池電極210可分別延伸至負層205與正層206， 以形成介於其間的電性接觸。 除了上述解釋之外，尚可將US20080230119併入本 文以供參照。 實例 玻璃特性測量 本發明係藉由下列實例說明，但不受限於此。 導電膏之製備 使用下列材料以下列程序製備導電膏。 -導電粉末：使用100重量份數之銀(Ag)粉末及鋁(Α1) 粉末之一混合物。
Ag叙末· Ag粉末為導電粉末之97.8重量百分比》 形狀為球狀，且粒子直徑(D5〇)如以雷射散射型粒度分 佈測定裝置所測定般為3.3 μιη。 21 201213265 A1粉末：A1粉末為導電粉末之2.2重量百分比。 形狀為球狀，且粒子直徑(D50)如以雷射散射型粒度分 佈測定裝置所測定般為3.1 μηι。 -玻璃熔塊：使用具有2.0 μηι之粒子直徑(；D50)之8.7 重量份數之一玻璃熔塊。玻璃熔塊組成物在表2中說 明。 -樹脂黏合劑：使用14.4重量份數之一乙基纖維素之 酉曰知溶液。 -添加劑：使用0.4重量份數之一黏度改良劑。 膏之製備 將樹脂黏合劑及黏度改良劑持續混合15分鐘。為 了使小量的A1粉末均勻地分散在一導電膏中，將Ag 粉末及A1粉末分別分散在樹脂黏合劑中，以便之後混 合在一起。 首先’將Α1粉末分散在一些樹脂黏合劑中，並持 續混合15分鐘，以形成Α1漿體。其次，將玻璃熔塊分 散在剩餘的樹脂黏合劑中，並持續混合15分鐘，接著 逐量添加Ag粉末，以形成Ag膏。然後，讓Α1漿體及 Ag膏在從〇至400 psi之逐漸增加的壓力下分別且重複 地通過三輥研磨機。調整輥間之間隙至i密耳(mil)。 接著’將Ag膏及A1漿體混合在一起，以形成一導 電膏。 以具有#14心軸之Brookfield HBT黏度計在10 rpm 及25°C下所測量的黏度為260Pa.s。藉由磨料細度所測 量到的分散度為20/10或更小。 22 201213265 太陽能電池的製造 製備尺寸為3〇 mmx30 mm見方的N型基底矽基 材，其包括一作為基底之負層、一正層及形成在其上的 氮化矽鈍化層。該負層為一摻有磷的矽晶圓。該正層係 藉由硼擴散形成在該矽晶圓的一側上，並具有60 Ω/口 之平均片電阻值。該正層上的該鈍化層厚度為9〇nm。 ^額外的磷摻雜該正層之另一側，該負層表面，以形成 n+層，接著再以厚度7〇nm的氮化矽鈍化層塗佈。 將一商業上可購得的銀膏網板印刷至形成在該n+ 層上之该鈍化層上，其所具有的圖案由十五個指狀線及 一匯流排棒構成，該指狀線為2〇〇 μιη寬、27爪爪長、 35 μιη厚’且該匯流排棒為丨5 mm寬、28 35爪爪長、 22 μηι厚。該指狀線係形成在該匯流排棒之一側，因此 稱為梳狀。以150°C在對流烘箱中進行印刷銀膏的5分 鐘乾燥。 將上述得到的導電膏網板印刷至形成在該正層上 的該鈍化層上。印刷圖案亦為梳狀，其具有十四個形成 在一匯流排棒一側的平行指狀線，該匯流排棒則垂直橫 越該些指狀線。該些指狀線為1〇〇 μηι寬、27 mm長、 20μιη厚，且一匯流排棒為i 5mm寬、28 35 mm長、 20 μπι厚。該些指狀線的間隔為2 15 mm。以15〇<3(^t 對流烘箱中進行印刷導電膏的5分鐘乾燥。 接著在紅外線加熱型帶爐（CF_721〇，Despatch industry)中使該正層面朝上來燒製乾燥的導電膏。以分 別對應710、730、740及770°C之測量峰值溫度而分別 23 201213265 »又疋在825、845、865及885°C之峰值溫度來燒製導電 膏。從爐人口至出σ的燒製時間為8G秒。溫度輪廊可 以附接至矽基材之上表面的熱電偶來測量。具有測量溫 度之燒製輪廢為超過400 C達22秒，超過600。〇遠6 T，包括♦值溫度》爐之帶速度設定為別二巧太 陽能電池電極係在該燒製程序後形成。 測試程序 以商業上可購得之IV測試器（NCT-150AA，NPC Corporation)測試上文得到的太陽能電池，以獲得填充 因子(F F)。在IV測試器中具有適當濾光片的χ e弧光燈 模擬具有已知強度及光譜且空氣質量值為15的陽光。 平臺溫度被調節為25°C的固定溫度。測試器利用「四 黑占探針法」在接近300負載電阻的設定下測量隨偏壓電 壓(V)變化之電流⑴，以記錄電池在光照射下的j_v曲 線。位於s亥正層上之匯流排棒係連接至測試器的多 個探針，並將電氣訊號透過探針傳輸至電腦，以計算j _ v 參數。以找出電池之最大功率（Pmax)點，並將該值除以 短路電流(Ise)與斷路電壓(V。。)之乘積的一標準方法來獲 取FF值。從I-V曲線在V。。周圍之電壓處之斜率得到 Rs值。 結果 位於該正層上之太陽能電池電極之串聯電阻(Rs) 與太陽能電池之填充因子(FF)示於表2。該些值為在825 及885Ϊ之峰值設定溫度間進行燒製之試樣的平均值。 24 201213265 除了使用玻璃熔塊# 4、5、12、13及15之外的所 有太陽能電池電極及太陽能電池顯示串聯電阻(Rs)低 於20歐姆，且具有0.76或更高的FF。 表2 (莫耳百分比) 編號 PbO Si〇2 AI2O3 B2〇3 總 Ts (°C) Rs (歐姆） FF 1 50.01 21.96 1.99 26.04 100.00 434 0.149 0.773 2 50.01 11.96 1.99 36.04 100.00 433 0.152 0.772 3 50.01 31.96 1.99 16.04 100.00 439 0.158 0.765 4 50.01 41.96 1.99 6.04 100.00 456 0.182 0.748 5 40.01 21.96 1.99 36.04 100.00 478 0.168 0.763 6 60.01 21.96 1.99 16.04 100.00 386 0.144 0.773 7 70.01 21.96 1.99 6.04 100.00 375 0.143 0.772 8 45.01 16.96 1.99 36.04 100.00 454 0.154 0.768 9 55.01 26.96 1.99 16.04 100.00 411 0.150 0.768 10 60.01 31.96 1.99 6.04 100.00 407 0.147 0.772 11 60.01 11.96 1.99 26.04 100.00 378 0.142 0.773 12 40.01 31.96 1.99 26.04 100.00 482 0.192 0.747 13 40.01 11.96 1.99 46.04 100.00 494 0.219 0.72.7 14 70.01 11.96 1.99 16.04 100.00 343 0.143 0.77:5 15 40.01 41.96 1.99 16.04 100.00 489 0.190 0.743 16 50.01 1.96 1.99 46.04 100.00 426 0.152 0.771 17 60.01 1.96 1.99 36.04 100.00 378 0.148 0.776 18 70.01 1.96 1.99 26.04 100.00 336 0.156 0.770 19 80.01 1.96 1.99 16.04 100.00 325 0.154 0.769 20 60.01 12.96 0.00 27.03 100.00 375 0.150 0.770 21 60.01 12.46 1.00 26.53 100.00 383 0.143 0.778 22 60.01 10.96 4.00 25.03 100.00 381 0.151 0.769 23 60.01 8.96 8.00 23.03 100.00 332 0.151 0.774 25 201213265 當僅在該負層上或在該負層與該正層這兩層上施 加使用玻璃熔塊#11之導電膏時，依次檢視其效應。除 了將導電膏施加在該正層及該負層上之外，以和上文相 同的方式製備太陽能電池電極。FF為0.775，而僅在該 正層上使用玻璃熔塊#11之太陽能電池的FF為0.773， 其幾乎相等。因此，本發明之導電膏不僅可施加在該正 層上，且亦可施加在該負層上或甚至施加在這兩層上。 【圖式簡單說明】 圖1為一示意圖，其繪示一製造N型基底太陽能電 池的方法。 圖2為一示意圖，其繪示一製造背接觸型太陽能電 池的方法。 26 201213265 【主要元件符號說明】 10…負層 20.. .正層 30…鈍化層 40.. .Π+層 50.. .鈍化層 60.. .導電膏 61.. .p型太陽能電池電極 70.. .導電膏 71.. .n型太陽能電池電極 100.. .N型基底半導體基材 200.. .半導體基材 202.. .半導體基底 203.. .鈍化層 203a...氮化矽（SiNx)層 203b...二氧化鈦(Ti02)層 204.. .純化層 205.. .負層 206____層 207.. .導電膏 208.. .導電膏 209.. .η型太陽能電池電極 210.. .ρ型太陽能電池電極 27

Claims (1)

  1. 201213265 七、申請專利範圍： 1. 一種製造太陽能電池電極之方法，其包含以下步驟： (a) 製備一半導體基材，其包括一負層、一正層、及 形成在該負層與該正層上的多個鈍化層； (b) 將一導電膏施加至形成在該正層上、在該負層 上、或在該正層與該負層這兩層上之一或多個該鈍化層 上， 其中該導電膏包括； (i) 一導電粉末； (ii) 一玻璃炫塊，以該玻璃炫塊中之每一成分之總莫 耳分率為基礎，其包括45至81莫耳百分比(mol%)之 PbO、1至38莫耳百分比之Si02及5至47莫耳百分比之 B2O3，及 (iii) 一樹月旨黏合劑；以及 (c) 燒製該導電膏。 2. 如請求項1所述之製造太陽能電池電極之方法，其中以該 玻璃熔塊中之每一成分之總莫耳分率為基礎，該玻璃熔塊 進一步包括〇至ίο莫耳百分比之氧化鋁(ai2o3)。 3. 如請求項1所述之製造太陽能電池電極之方法，其中該半 導體基材為一 N型基底半導體基材，其包括一負層與一正 層，其中該正層係形成在該負層之一側上。 4. 如請求項3所述之製造太陽能電池電極之方法，將該導電 膏施加至形成在該正層與該負層上之該兩鈍化層上。 28 201213265 » · 5.如請求項3所述.之製造太陽能電池電極之方法，其中該導 電膏係施加在該正層與該負層上。 6.如請求項1所述之製造太陽能電池電極之方法，其中該導 電粉末包括一選自由Fe、Ab Ni ' cu、Ag、Au、Mo、 %、W、Co及Zn與其混合物所構成之鮮_金屬。 如凊求項1所述之製造太陽能電池電極之方法，其中該導 電粉末之粒子直徑為〇.丨至10 μηι。 ，太陽能電池電極，其储由如請求項1所述之製造太 ★能電池電極之方法所製造。 種用於製造太陽能電池電極之導電膏包括： 〜導電粉末； 、 =璃㈣’以該玻雜塊中之每—成分之總莫耳分率為 t其包括45至81莫耳百分比(mol%)之Pb0、1至38 =百分比之8叫及5至47莫耳百分比之_3;及 樹脂黏合劑。 ι〇 :求，9所述之用於製造太陽能電池電極之導電膏， 捕魏塊中之每—成分之總莫耳分率為基礎， 熔塊進—步包括G至1G莫耳百分比之氧化銘 29
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