TW201547036A - 導電膠、電極及太陽能電池 - Google Patents
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Abstract
本發明係關於適合用於太陽能電池之導電膠、一種製造太陽能電池之光接收表面電極之方法及一種太陽能電池之光接收表面。該導電膠包含混合氧化物(例如玻璃料)，該混合氧化物包括鉛、碲、鉍及總計至少0.5重量%之WO3、MoO3、CeO2及BaO。
Description
本發明係關於適合用於太陽能電池之導電膠、一種製造太陽能電池之光接收表面電極之方法及一種用於太陽能電池之光接收表面。
網版印刷金屬(例如銀)膠常規地用作太陽能電池(諸如矽太陽能電池)之導電軌。該等金屬膠通常包含金屬(例如銀)粉末、混合氧化物(例如玻璃料)且有時一或多種額外添加劑，所有均分散於有機介質中。混合氧化物具有若干個作用。在燒製期間，其變為熔融相且因此起到將導電軌黏結至半導體晶圓之作用。然而，混合氧化物在蝕刻掉提供在半導體晶圓表面上之抗反射頂層(通常為氮化矽)，以准許導電軌與半導體之間的直接接觸方面亦為重要的。混合氧化物通常在形成與n型半導體發射極之歐姆接觸方面亦為重要的。
導電軌與半導體晶圓之間的接觸之品質有助於確定最終太陽能電池之效率。最佳混合氧化物需要經優化以在適當溫度下流動，且提供抗反射層之適當蝕刻程度。若蝕刻過少，則半導體晶圓與導電軌之間將存在不充分接觸，導致接觸電阻高。相反地，過度蝕刻會導致銀之大型島狀物沈積在半導體中，破壞其p-n接面且進而降低其將太陽能轉化成電能之能力。
近期大部分注意力已集中在改進包括於用於光伏打電池之導電膠中之混合氧化物材料以提供良好的特性平衡上。
仍需要適合用於太陽能電池之導電膠之混合氧化物(例如玻璃料)，其提供良好的特性平衡。特定言之，仍需要適合用於太陽能電池之導電膠之混合氧化物，其提供優異的接觸電阻而不會不利地影響太陽能電池之p-n接面，且其在適合溫度下流動以在製造太陽能電池期間燒製導電膠。
如以下實例中所展現，本發明人已發現當在鉛-碲-鉍混合氧化物中包括某些添加劑時，可實現優異的特性平衡。
因此，在第一較佳態樣中，本發明提供一種用於太陽能電池之導電膠，該導電膠包含分散在有機介質中之固體部分，該固體部分包含導電金屬；及混合氧化物，其中該混合氧化物包含5重量%至30重量% PbO；20重量%至60重量% TeO2；10重量%至40重量% Bi2O3；0重量%至6重量%多價金屬氧化物，其中該多價金屬氧化物選自WO3及MoO3中之一者或兩者；0重量%至25重量% CeO2；及0重量%至10重量% BaO
且其中該混合氧化物包含總計至少0.5重量%之WO3、MoO3、CeO2及BaO。
在第二較佳態樣中，本發明提供一種用於太陽能電池之導電膠，該導電膠包含分散在有機介質中之固體部分，該固體部分包含導電金屬；及混合氧化物，其中該混合氧化物為包括至少0.5重量% CeO2之鉛-碲-鉍混合氧化物，其中該混合氧化物較佳實質上無硼。
混合氧化物通常為粉末。混合氧化物通常為具有所述組成之玻璃料，或為一起提供所述組成之一或多種玻璃料之混合物。
在第三較佳態樣中，本發明提供一種製造太陽能電池之光接收表面電極之方法，該方法包含將根據第一態樣或第二態樣之導電膠塗覆至半導體基板，且燒製所塗覆之導電膠。
在第四較佳態樣中，本發明提供一種用於太陽能電池之光接收電極，該光接收電極包含在半導體基板上之導電軌，其中該導電軌藉由燒製在半導體基板上之根據第一態樣或第二態樣之導電膠獲得或可藉此獲得。
在第五較佳態樣中，本發明提供一種玻璃料，其包含5重量%至30重量% PbO；20重量%至60重量% TeO2；10重量%至40重量% Bi2O3；0重量%至6重量%多價金屬氧化物，其中該多價金屬氧化物選自WO3及MoO3中之一者或兩者；0重量%至25重量% CeO2；及0重量%至10重量% BaO
且其中該玻璃料包含總計至少0.5重量%之WO3、MoO3、CeO2及BaO。
在第六較佳態樣中，本發明提供根據第一態樣或第二態樣之導電膠在製造太陽能電池之光接收表面電極中之用途。在又一較佳態樣中，本發明提供根據第一態樣或第二態樣之導電膠在製造太陽能電池中之用途。
圖1展示在實例中所製備之太陽能電池之例示性燒製曲線。
現將陳述本發明之較佳及/或視情況選用之特徵。除非上下文另外要求，否則本發明之任何態樣可與本發明之任何其他態樣組合。除
非上下文另外要求，否則任何態樣之較佳及/或視情況選用之特徵中之任一者可單獨或以組合形式與本發明之任何態樣組合。
以重量百分比給出本文中所描述之混合氧化物組合物。此等重量百分比係相對於混合氧化物之總重量計。重量百分比為在製備混合氧化物組合物中用作起始材料之組分以氧化物計之百分比。如熟習此項技術者將理解，諸如氧化物、碳酸鹽或硝酸鹽之起始材料可用於製備本發明之混合氧化物(例如玻璃)。當使用非氧化物起始材料來供應混合氧化物之特定元素時，使用適量起始材料供應等效莫耳數量之元素，使彼元素之氧化物以所述重量%供應。此種用於限定混合氧化物(例如玻璃)組合物之方法在此項技術中為典型的。如熟習此項技術者將容易理解，揮發性物質(諸如氧氣)可在混合氧化物之製造過程期間損失，且因此所得混合氧化物之組成可能並不準確地對應於起始材料之重量百分比，該等重量百分比在本文中以氧化物計來給出。藉由熟習此項技術者已知之方法，諸如感應耦合電漿發射光譜法(ICP-ES)分析燒製的混合氧化物(例如玻璃)可用於計算所討論之混合氧化物組合物之起始組分。
混合氧化物含有0重量%至25重量% CeO2。本發明人已發現可藉由包含混合氧化物之導電膠實現優異的特性平衡且特定言之優異的填充因數，該混合氧化物包括PbO、TeO2及Bi2O3，其進一步包括CeO2，視情況與多價金屬氧化物(WO3及/或MoO3)及/或BaO組合。
混合氧化物可包含至少0.1重量%、至少0.2重量%、至少0.5重量%、至少1重量%、至少1.5重量%、至少2重量%、至少2.5重量%、至少3重量% CeO2，至少3.5重量% CeO2，至少4重量% CeO2，至少4.5重量% CeO2，至少5重量% CeO2，至少6重量% CeO2或至少7重量% CeO2。混合氧化物可包含22重量%或22重量%以下、20重量%或20重
量%以下、17重量%或17重量%以下、15重量%或15重量%以下、14重量%或14重量%以下、13重量%或13重量%以下、12重量%或12重量%以下、11重量%或11重量%以下、10重量%或10重量%以下或5重量%或5重量%以下之CeO2。尤其適合的CeO2含量為1重量%至15重量%。
CeO2可與BaO，例如0.1重量%至10重量% BaO組合提供。混合氧化物可包含CeO2連同至少0.1重量% BaO或至少0.5重量% BaO，且可包含8重量%或8重量%以下BaO、7重量%或7重量%以下BaO、5重量%或5重量%以下BaO、3重量%或3重量%以下BaO或2重量%或2重量%以下BaO。混合氧化物中之CeO2加BaO之總量不超過30重量%、25重量%、20重量%、15重量%或10重量%可為較佳的。在一些實施例中，當混合氧化物包含CeO2時，混合氧化物不包括BaO可為較佳的。
CeO2可與多價金屬氧化物組合提供，其中多價金屬氧化物選自WO3及MoO3中之一者或兩者。舉例而言，混合氧化物可包含CeO2連同至少0.1重量%或至少0.5重量%多價金屬氧化物，且可包含5重量%或5重量%以下、4重量%或4重量%以下、3.5重量%或3.5重量%以下或3重量%或3重量%以下多價金屬氧化物。在一些實施例中，多價金屬氧化物為WO3可為尤其較佳的。混合氧化物中之CeO2加多價金屬氧化物之總量不超過30重量%、25重量%、20重量%、15重量%或10重量%可為較佳的。在一些實施例中，當混合氧化物包含CeO2時，混合氧化物不包括WO3或MoO3可為較佳的。
CeO2可與BaO及多價金屬氧化物組合提供，其中多價金屬氧化物選自WO3及MoO3中之一者或兩者。混合氧化物中之CeO2加BaO加多價金屬氧化物(WO3及/或MoO3)之總量不超過30重量%、25重量%、20重量%、15重量%或10重量%可為較佳的。
混合氧化物含有0重量%至6重量%多價金屬氧化物(選自WO3及MoO3中之一者或兩者)。本發明人已發現可藉由包含混合氧化物之導
電膠實現優異的特性平衡且特定言之優異的填充因數，該混合氧化物包括PbO、TeO2及Bi2O3，其進一步包括多價金屬氧化物(WO3及/或MoO3)，視情況與CeO2及/或BaO組合。
混合氧化物可包括至少0.1重量%、至少0.5重量%或至少1重量%多價金屬氧化物。混合氧化物可包括5.5重量%或5.5重量%以下、5重量%或5重量%以下、4.5重量%或4.5重量%以下、4重量%或4重量%以下、3.5重量%或3.5重量%以下或3重量%或3重量%以下多價金屬氧化物。多價金屬氧化物選自WO3及MoO3中之一者或兩者。本文中所述之多價金屬氧化物之量欲為混合氧化物中之WO3及MoO3之總量。為避免疑惑，多價金屬氧化物之此等所述數量並不意欲限制混合氧化物中其他多價金屬氧化物之存在。
混合氧化物可包括至少0.1重量%、至少0.5重量%或至少1重量% MoO3。混合氧化物可包括5.5重量%或5.5重量%以下、5重量%或5重量%以下、4.5重量%或4.5重量%以下、4重量%或4重量%以下或3.5重量%或3.5重量%以下MoO3。當MoO3與WO3組合提供時，混合氧化物包括3重量%或3重量%以下、2.5重量%或2.5重量%以下、2重量%或2重量%以下或1.5重量%或1.5重量%以下MoO3可為較佳的。
混合氧化物可包括至少0.1重量%、至少0.5重量%或至少1重量% WO3。混合氧化物可包括5.5重量%或5.5重量%以下、5重量%或5重量%以下、4.5重量%或4.5重量%以下、4重量%或4重量%以下或3.5重量% WO3。當WO3與MoO3組合提供時，混合氧化物包括3重量%或3重量%以下或2.5重量%或2.5重量%以下WO3可為較佳的。
混合氧化物含有0重量%至10重量% BaO。本發明人已發現可藉由包含混合氧化物之導電膠實現優異的特性平衡且特定言之優異的填充因數，該混合氧化物包括PbO、TeO2及Bi2O3，其進一步包括BaO，視情況與CeO2及/或多價金屬氧化物(WO3及/或MoO3)組合。如實例中
所展現，當BaO與多價金屬氧化物(WO3及/或MoO3)、尤其WO3組合提供時，實現尤其有利的特性。
混合氧化物可含有至少0.1重量% BaO，至少0.5重量% BaO，至少1重量% BaO，至少1.5重量% BaO或至少2重量% BaO。混合氧化物可包括9重量%或9重量%以下BaO，8重量%或8重量%以下BaO，7重量%或7重量%以下BaO，6重量%或6重量%以下BaO或5重量%或5重量%以下BaO。
BaO可與多價金屬氧化物組合提供，其中多價金屬氧化物選自WO3及MoO3中之一者或兩者。舉例而言，混合氧化物可包含BaO連同至少0.1重量%或至少0.5重量%多價金屬氧化物(WO3及/或MoO3)，且可包含5重量%或5重量%以下、4重量%或4重量%以下、3.5重量%或3.5重量%以下或3重量%或3重量%以下多價金屬氧化物(WO3及/或MoO3)。在一些實施例中，多價金屬氧化物為WO3可為尤其較佳的。混合氧化物中之BaO加多價金屬氧化物(WO3及/或MoO3)之總量不超過15重量%、12重量%或10重量%可為較佳的。
混合氧化物包含總計至少0.5重量%之WO3、MoO3、CeO2及BaO。較佳地，混合氧化物包含總計至少1重量%或總計至少2重量%或總計至少3重量%之WO3、MoO3、CeO2及BaO。
混合氧化物包括PbO。混合氧化物可包括至少5重量%、至少7重量%、至少10重量%、至少15重量%、至少18重量%或至少20重量%之PbO。混合氧化物可包括30重量%或30重量%以下、29重量%或29重量%以下、28重量%或28重量%以下、27重量%或27重量%以下、26重量%或26重量%以下、25重量%或25重量%以下、24重量%或24重量%以下、23重量%或23重量%以下、22重量%或22重量%以下、21重量%或21重量%以下或20重量%或20重量%以下PbO。
混合氧化物包括TeO2。混合氧化物可包括至少20重量%、至少25
重量%、至少30重量%或至少35重量%之TeO2。混合氧化物可包括60重量%或60重量%以下、55重量%或55重量%以下、50重量%或50重量%以下或45重量%或45重量%以下TeO2。
混合氧化物包括Bi2O3。混合氧化物可包括至少10重量%、至少15重量%、至少18重量%或至少20重量%之Bi2O3。混合氧化物可包括40重量%或40重量%以下、35重量%或35重量%以下、30重量%或30重量%以下或25重量%或25重量%以下Bi2O3。
如熟習此項技術者將理解，混合氧化物(例如玻璃料)可包括其他組分。
舉例而言，混合氧化物可包括鹼金屬氧化物，例如選自Li2O、Na2O、K2O及Rb2O，較佳選自Li2O及Na2O。混合氧化物可包括0重量%或0重量%以上、0.1重量%或0.1重量%以上、0.5重量%或0.5重量%以上或1重量%或1重量%以上鹼金屬氧化物。混合氧化物可包括10重量%或10重量%以下、8重量%或8重量%以下、7重量%或7重量%以下、6重量%或6重量%以下、5重量%或5重量%以下、4重量%或4重量%以下、3.5重量%或3.5重量%以下或3重量%或3重量%以下鹼金屬氧化物。
混合氧化物可包括SiO2。舉例而言，混合氧化物可包括0重量%或0重量%以上、0.1重量%或0.1重量%以上、0.5重量%或0.5重量%以上或1重量%或1重量%以上、2重量%或2重量%以上或2.5重量%或2.5重量%以上SiO2。混合氧化物可包括15重量%或15重量%以下、10重量%或10重量%以下、7.5重量%或7.5重量%以下或5重量%或5重量%以下SiO2。
混合氧化物可包括ZnO。舉例而言，混合氧化物可包括0重量%或0重量%以上、0.1重量%或0.1重量%以上、0.5重量%或0.5重量%以上、1重量%或1重量%以上、2重量%或2重量%以上或2.5重量%或2.5
重量%以上ZnO。混合氧化物可包括15重量%或15重量%以下、10重量%或10重量%以下、7.5重量%或7.5重量%以下或5重量%或5重量%以下ZnO。
混合氧化物可包括P2O5。舉例而言，混合氧化物可包括0重量%或0重量%以上、0.1重量%或0.1重量%以上、0.5重量%或0.5重量%以上或1重量%或1重量%以上P2O5。混合氧化物可包括10重量%或10重量%以下、7重量%或7重量%以下、5重量%或5重量%以下或3重量%或3重量%以下P2O5。
混合氧化物可包括其他組分，諸如其他氧化物組分。通常，混合氧化物將包括總計20重量%或20重量%以下、10重量%或10重量%以下、7重量%或7重量%以下、5重量%或5重量%以下、3重量%或3重量%以下、2重量%或2重量%以下或1重量%或1重量%以下其他組分。混合氧化物可包括至少0.1重量%其他組分。其他組分可為選自由GeO2、CaO、ZrO2、CuO、AgO及Al2O3組成之群之一或多者。
混合氧化物實質上無硼可為較佳的。如本文所用，術語「實質上無硼」意欲包括不含有有意添加之硼之混合氧化物。舉例而言，混合氧化物可包括小於0.1重量% B2O3，例如小於0.05重量%、小於0.01重量%或小於0.005重量% B2O3。
混合氧化物實質上無矽可為較佳的。如本文所用，術語「實質上無矽」意欲包括不含有有意添加之矽之混合氧化物。舉例而言，混合氧化物可包括小於0.1重量% SiO2，例如小於0.05重量%、小於0.01重量%或小於0.005重量% SiO2。
混合氧化物(例如玻璃料)可基本上由如本文中所描述之組合物及附帶雜質組成。在彼情況下，如熟習此項技術者將容易理解，所述組分之總重量%將為100重量%，任何其餘部分為附帶雜質。通常，任何附帶雜質將以0.1重量%或0.1重量%以下、0.05重量%或0.05重量%以
下、0.01重量%或0.01重量%以下、0.05重量%或0.05重量%以下、0.001重量%或0.001重量%以下或0.0001重量%或0.0001重量%以下存在。
本發明之導電膠之固體部分可包括0.1重量%至15重量%混合氧化物(例如玻璃料)。導電膠之固體部分可包括至少0.5重量%或至少1重量%混合氧化物(例如玻璃料)。導電膠之固體部分可包括10重量%或10重量%以下、7重量%或7重量%以下或5重量%或5重量%以下混合氧化物(例如玻璃料)。
通常，混合氧化物(例如玻璃料)將具有在200℃至400℃範圍內之軟化點。舉例而言，混合氧化物可具有在250℃至350℃範圍內之軟化點。軟化點可例如根據標準ASTM E1356「藉由差示掃描熱量測定進行玻璃轉移溫度分配之標準測試方法」使用DSC量測來測定。
混合氧化物粉末(例如玻璃料)之粒度在本發明中不受特別限制。通常，D50粒度可為至少0.1μm、至少0.5μm或至少1μm。D50粒度可為15μm或15μm以下、10μm或10μm以下、5μm或5μm以下、4μm或4μm以下、3μm或3μm以下或2μm或2μm以下或1μm或1μm以下。粒度可使用雷射繞射法(例如使用Malvern粒度分析儀2000)測定。
通常，混合氧化物為玻璃料。使用X射線繞射技術，本發明人已發現其所製備之包括CeO2作為組分之玻璃料中之一些除非晶形玻璃相之外實際上亦包括一部分結晶CeO2。當玻璃料配方包括大重量百分比CeO2(例如5重量%或5重量%以上)時，尤其觀測到這一點。因此，應理解，本文中所描述之玻璃料可包括結晶CeO2，且所述玻璃料之所述CeO2含量係指玻璃料中之非晶形玻璃相及結晶相中之CeO2之總量。玻璃料通常藉由如本文中所描述或定義之方法獲得或可藉此獲得。
通常，藉由將原料混合在一起且將其熔融以形成熔融玻璃混合
物，接著淬火以形成玻璃料來製備玻璃料。因此，在又一較佳態樣中，本發明提供一種製備根據本發明之玻璃料之方法，其中該方法包含將起始材料熔融在一起以形成玻璃料，得到經熔融的玻璃混合物，且淬火經熔融的玻璃混合物以形成玻璃料。該方法可進一步包含研磨玻璃料以提供所需粒度。
熟習此項技術者知道用於製備玻璃料之替代性適合方法。適合的替代方法包括水淬火、溶膠-凝膠法及噴霧熱解。
通常，導電膠為正面導電膠。
本發明之導電膠之固體部分可包括85重量%至99.9重量%導電金屬。舉例而言，固體部分可包括至少85重量%、至少90重量%、至少93重量%或至少95重量%導電金屬。固體部分可包括99.9重量%或99.9重量%以下、99.5重量%或99.5重量%以下或99重量%或99重量%以下導電金屬。
導電金屬可包含一或多種選自銀、銅、鎳及鋁之金屬。較佳地，導電金屬包含銀或由銀組成。
導電金屬可以金屬粒子之形式提供。金屬粒子之形式不受特別限制，但可呈薄片、球形粒子、顆粒、晶體、粉末或其他不規則粒子或其混合物之形式。
導電金屬之粒度在本發明中不受特別限制。通常，D50粒度可為至少0.1μm、至少0.5μm或至少1μm。D50粒度可為15μm或15μm以下、10μm或10μm以下、5μm或5μm以下、4μm或4μm以下、3μm或3μm以下或2μm或2μm以下。粒度可使用雷射繞射法(例如使用Malvern粒度分析儀2000)測定。
本發明之導電膠之固體部分可包括0.1重量%至15重量%混合氧化物(例如玻璃料)。舉例而言，固體部分可包括至少0.2重量%、至少0.5
重量%或至少wt%混合氧化物。固體部分可包括10重量%或10重量%以下、7重量%或7重量%以下或5重量%或5重量%以下金屬氧化物。
固體部分可包括一或多種額外添加劑材料，例如0重量%至10重量%或0重量%至5重量%額外添加劑材料。
本發明之導電膠之固體部分分散於有機介質中。有機介質可佔導電膠之例如至少2重量%、至少5重量%或至少9重量%。有機介質可佔導電膠之20重量%或20重量%以下、15重量%或15重量%以下、13重量%或13重量%以下或10重量%或10重量%以下。
因此，應理解，固體部分可佔導電膠之至少80重量%、至少85重量%、至少87重量%或至少90重量%。固體部分可佔導電膠之98重量%或98重量%以下、95重量%或95重量%以下或91重量%或91重量%以下。
有機介質通常包含其中溶解或分散有一或多種添加劑之有機溶劑。如熟習此項技術者將容易理解，有機介質之組分通常經選擇以提供適合的稠度及流變特性，以准許將導電膠印刷至半導體基板上，且使該導電膠在輸送及儲存期間穩定。
有機介質之適合溶劑之實例包括一或多種選自由以下組成之群的溶劑：二乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚乙酸酯、萜品醇(terpineol)、二烷二醇烷基醚(諸如二乙二醇二丁醚及三丙二醇單甲醚)、酯醇(諸如Texanol ®)、2-(2-甲氧基丙氧基)-1-丙醇及其混合物。
適合添加劑之實例包括用於輔助固體部分分散於導電膠中之彼等分散劑、黏度/流變改質劑、搖變性改質劑、潤濕劑、增稠劑、穩定劑及界面活性劑。
舉例而言，有機介質可包含選自由以下組成之群中之一或多者：松香(松香樹脂(kollophonium resin))、丙烯酸系樹脂(例如Neocryl
®)、聚羧酸聚合物之烷基銨鹽(例如Dysperbik ® 110或111)、聚醯胺蠟(諸如Thixatrol Plus ®或Thixatrol Max ®)、硝化纖維素、乙基纖維素、羥丙基纖維素及卵磷脂。
通常，導電膠藉由將導電金屬、混合氧化物及有機介質組分按任何次序混合在一起來製備。在又一較佳態樣中，本發明提供一種製備根據第一態樣之導電膠之方法，其中該方法包含將導電金屬、混合氧化物及有機介質組分按任何次序混合在一起。
熟習此項技術者熟悉製造太陽能電池之光接收表面電極之適合方法。相似地，熟習此項技術者熟悉製造太陽能電池之適合方法。
製造太陽能電池之光接收表面電極之方法通常包含將導電膠塗覆至半導體基板表面上，且燒製所塗覆之導電膠。
導電膠可藉由任何適合方法塗覆。舉例而言，導電膠可藉由印刷，諸如藉由網板印刷或噴墨印刷塗覆。
熟習此項技術者知道用於燒製所塗覆之導電膠之適合技術。例示性燒製曲線展示於圖1中。典型的燒製方法持續大約30秒，其中光接收表面電極之表面達到約800℃峰值溫度。通常，爐溫將更高以達成此表面溫度。燒製可例如持續1小時或1小時以下、30分鐘或30分鐘以下、10分鐘或10分鐘以下或5分鐘或5分鐘以下。燒製可持續至少10秒。舉例而言，光接收表面電極之峰值表面溫度可為1200℃或1200℃以下、1100℃或1100℃以下、1000℃或1000℃以下、950℃或950℃以下或900℃或900℃以下。光接收表面電極之峰值表面溫度可為至少600℃。
光接收表面電極之半導體基板可為矽基板。舉例而言，其可為單晶半導體基板或多晶半導體基板。替代基板包括CdTe。半導體可例如為p型半導體或n型半導體。
半導體基板可包含在其表面上之絕緣層。通常，本發明之導電膠塗覆在絕緣層頂部上以形成光接收表面電極。通常，絕緣層將為非反射性的。適合絕緣層為SiNx(例如SiN)。其他適合絕緣層包括Si3N4、SiO2、Al2O3及TiO2。
製造太陽能電池之方法通常包含將背面導電膠(例如包含鋁)塗覆至半導體基板表面，且燒製背面導電膠以形成背面電極。背面導電膠通常塗覆至半導體基板之與光接收表面電極相對的一面。
通常，將背面導電膠塗覆至半導體基板之背面(非光接收面)且在基板上乾燥，其後將正面導電膠塗覆至半導體基板之正面(光接收面)且在基板上乾燥。或者，可首先塗覆正面膠，隨後塗覆背面膠。導電膠通常共燒製，亦即燒製上面塗覆有正面膠及背面膠之基板，以形成包含正面及背面導電軌之太陽能電池。
太陽能電池之效率可藉由在基板背面上提供鈍化層來改進。適合材料包括SiNx(例如SiN)、Si3N4、SiO2、Al2O3及TiO2。通常，局部移除(例如藉由雷射切除)鈍化層區域以准許半導體基板與背面導電軌之間之接觸。
當在本文中指定範圍時，意欲該範圍之各端點為獨立的。因此，顯然可預期某一範圍之各所述上端點可獨立地與各所述下端點組合，且反之亦然。
使用市售原料製備玻璃料。玻璃料之組成在下表1中給出。根據以下標準程序製得各玻璃。
使用實驗室混合器混合用於玻璃之原料。在Carbolite電氣實驗室爐中在陶瓷坩堝中熔融一百公克混合物。當該爐仍為冷的時，將含有原料混合物之坩堝置放於該爐中，從而避免陶瓷坩堝之熱衝擊及開
裂。在950-1100℃下在空氣中進行熔融。將熔融玻璃在水中淬火以獲得玻璃料。將玻璃料在Binder加熱室中在120℃下乾燥隔夜，接著在行星式研磨機中濕磨，得到D50粒度小於1μm之粒子(使用Malvern粒度分析儀2000用雷射繞射法測定)。濕磨可在有機溶劑或水中進行。
(CE意謂比較實例)
根據ASTM E1356「藉由差示掃描熱量測定進行玻璃轉移溫度分配之標準測試方法」使用差示掃描熱量測定來測定各玻璃之玻璃轉移溫度。結果展示於下表2中：
此等玻璃轉移溫度對用於光伏打應用之銀膠而言為可接受的。
針對以下報導之測試1及測試2，使用87.5重量%商業銀粉、2.5重量%玻璃料、其餘部分為標準有機介質；並且針對測試3，使用88重量%商業銀粉、2重量%玻璃料、其餘部分為標準有機介質來製備包含各玻璃料之導電銀膠。藉由預混合所有組分且在三輥研磨機中通過數次產生均勻膠來製備該膠。
測試1及2：將市售鋁膠網版印刷在具有90Ohm/sq薄層電阻、6吋尺寸之單晶矽晶圓之背面上，在IR質量帶式乾燥器中乾燥且隨機化分組。用如上文所描述製備之正面銀膠網版印刷此等組中之每一者。
測試3：將市售鋁膠網版印刷在具有90Ohm/sq薄層電阻、6吋尺寸之多晶矽晶圓之背面上，在IR質量帶式乾燥器中乾燥且隨機化分組。用如上文所描述製備之正面銀膠網版印刷此等組中之每一者。
用於正面膠之網版具有60μm手指開口。在印刷正面之後，將電池在IR質量帶式乾燥器中乾燥且在Despatch帶式爐中燒製。Despatch爐具有六個含上部加熱器及下部加熱器之燒製區域。將前三個區域程式化為約500℃用於燃燒來自該膠之黏合劑，第四及第五區域處於較高溫度下，最後區域具有945℃之最高溫度(爐溫)。此實驗之爐帶速度為610cm/min。玻璃料之例示性燒製曲線展示於圖1中。藉由使用
熱電偶量測在燒製過程期間太陽能電池表面之溫度來測定所記錄之溫度。
在冷卻之後，在來自Halm的型號為cetisPV-CTL1之I-V曲線跟蹤器中測試所燒製之太陽能電池。結果展示於下表3中。以遞增填充因數(FF)之次序排列結果。表3中所示之結果由I-V曲線跟蹤器藉由直接量測或使用其內部軟體計算來提供。
(為最小化接觸區域之影響，使用相同的印刷網版及相同黏度的膠製備電池。此確保比較膠之線寬實質上相同且對量測不具有影響。)
表3中所示之結果為來自各膠之5個電池之量測的中值。在測試1及測試2中，使用不同批次之矽晶圓。此可影響電池效能。因此，為在各測試中產生可比值，使用市售膠(稱為「參考膠」)製備參考樣品。測試1及測試2中之結果應與相關參考電池之效能相比，以提供實例與比較實例之間的效能之真實比較。
應注意，由於其他變數，諸如銀含量、銀類型、有機物含量、玻璃料含量，參考膠之效能比不上實例及比較實例。此等變數在實例與比較實例之間保持恆定，但如所供應使用參考膠。實例與參考膠之比較結果並不指示膠中之玻璃料之相對效能，因為效能可歸因於其他變數而變化。
填充因數指示太陽能電池相對於理論上理想(0電阻)系統之效能。填充因數與接觸電阻相關：接觸電阻愈低，填充因數將愈高。但若導電膠之玻璃料過於強烈，則其會損壞半導體之pn接面。在此情況下，接觸電阻將為低的，但由於pn接面損壞(重組效應及較低分路電阻)，將出現較低填充因數。因此，高填充因數指示在矽晶圓與導電軌之間存在低接觸電阻，且半導體上之膠的燒製不會不利地影響半導體之pn接面(亦即分路電阻高)。77%或77%以上之填充因數為合乎需要的。
pn接面之品質可藉由量測偽填充因數(SunsVocFF)測定。此為獨立於因電池中之電阻所致之損耗之填充因數。因此，接觸電阻愈低且SunsVoc FF愈高，所得填充因數將愈高。熟習此項技術者熟悉用於測
定SunsVoc FF之方法，例如如參考文獻1中所描述。SunsVoc FF係在開路條件下量測，且獨立於串聯電阻效應。
Eta表示太陽能電池之效率，比較太陽能輸入與電能輸出。高品質電池之效率通常在17%至18%範圍內。小的效率變化在商業太陽能電池中可為極有價值的。
開路電壓UOC為可自太陽能電池獲得之最大電壓，且此出現在零電流下。開路電壓對應於太陽能電池上由於太陽能電池接面與光生電流之偏壓所致之正向偏壓之量。若膠損壞p-n接面，則UOC值會降低。
如以上報導之結果中所展現，使用根據本發明之膠製備之太陽能電池獲得優異的效能特性。特定言之：
- 包括Ba，具有或不具有W，提供優異的FF及效率。
- 包括Ce，具有或不具有W，提供優異的FF及效率。
- 包括W及/或Mo，提供優異的FF及效率，其限制條件為W或Mo之總含量不為7%或7%以上。包括總計5重量% W及Mo，提供良好的FF及效率，且包括總計4重量%或4重量%以下W及Mo，提供優異的FF及效率。
1. A. McEvoy, T. Markvart, L. Castaner. Solar cells: Materials, Manufacture and Operation. Academic Press, second edition, 2013.
Claims (16)
- 一種用於太陽能電池之導電膠，該導電膠包含分散於有機介質中之固體部分，該固體部分包含導電金屬；及混合氧化物，其中該混合氧化物包含5重量%至30重量% PbO；20重量%至60重量% TeO2；10重量%至40重量% Bi2O3；0重量%至6重量%多價金屬氧化物，其中該多價金屬氧化物選自WO3及MoO3中之一者或兩者；0重量%至25重量% CeO2；及0重量%至10重量% BaO且其中該混合氧化物包含總計至少0.5重量%之WO3、MoO3、CeO2及BaO。
- 如請求項1之導電膠，其中該混合氧化物包含總計至少2重量%之WO3、MoO3、CeO2及BaO。
- 如前述請求項中任一項之導電膠，其中該混合氧化物包含0.5重量%至20重量% CeO2。
- 如前述請求項中任一項之導電膠，其中該混合氧化物包含1重量%至15重量% CeO2。
- 如請求項3或4之導電膠，其中該混合氧化物包含0重量%至4重量%多價金屬氧化物。
- 如請求項5之導電膠，其中該多價金屬氧化物為WO3。
- 如請求項1或2之導電膠，其中該混合氧化物包含0.5重量%至7重量% BaO。
- 如請求項7之導電膠，其中該混合氧化物包含0重量%至4重量% 多價金屬氧化物。
- 如請求項8之導電膠，其中該多價金屬氧化物為WO3。
- 如前述請求項中任一項之導電膠，其中該固體部分包含85重量%至99.9重量%導電金屬、0.1重量%至15重量%混合氧化物及0重量%至10重量%添加劑材料。
- 一種用於太陽能電池之導電膠，該導電膠包含分散於有機介質中之固體部分，該固體部分包含導電金屬；及混合氧化物，其中該混合氧化物為包括至少0.5重量% CeO2之鉛-碲-鉍混合氧化物，其中該混合氧化物實質上無硼。
- 一種玻璃料，其包含：5重量%至30重量% PbO；20重量%至60重量% TeO2；10重量%至40重量% Bi2O3；0重量%至6重量%多價金屬氧化物，其中該多價金屬氧化物選自WO3及MoO3中之一者或兩者；0重量%至25重量% CeO2；及0重量%至10重量% BaO且其中該玻璃料包含總計至少0.5重量%之WO3、MoO3、CeO2及BaO。
- 一種製造太陽能電池之光接收表面電極之方法，該方法包含將如請求項1至11中任一項之導電膠塗覆至半導體基板，且燒製所塗覆之導電膠。
- 一種用於太陽能電池之光接收電極，該光接收電極包含在半導體基板上之導電軌，其中該導電軌係藉由燒製在該半導體基板上之如請求項1至11中任一項之導電膠來獲得或可藉此獲得。
- 一種太陽能電池，其包含如請求項14之光接收電極。
- 一種如請求項1至11中任一項之導電膠之用途，其用於製造太陽能電池之光接收表面電極。
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