TW201616514A - 用於形成太陽電池電極的組成物及使用其製備的電極 - Google Patents

用於形成太陽電池電極的組成物及使用其製備的電極 Download PDF

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Abstract

本發明的示例性實施例有關於一種用於形成太陽電池電極的組成物、以及一種使用所述組成物製備的太陽電池電極。所述用於形成太陽電池電極的組成物包含銀粉末、玻璃質、以及有機載體，其中所述玻璃質包含銀元素；碲元素；以及選自由鋰、鈉、以及鉀組成的族群的至少一種元素，所述玻璃質中包含的銀元素：碲元素的莫耳比是在1：0.1至1：50的範圍內，且銀元素：鋰、鈉或鉀的莫耳比是在1：0.01至1：25的範圍內。所述使用所述組成物製備的太陽電池電極因為接觸電阻和串聯電阻最小化而具有極佳的填充因數和轉換效率。

Description

用於形成太陽電池電極的組成物及使用其製備的電極 【相關申請案交叉參考】
本申請案主張在2014年5月15日在韓國智慧財產權局提出申請的韓國專利申請第10-2014-0058608號及2015年4月16日在韓國智慧財產權局提出申請的韓國專利申請第10-2015-0054044號的優先權及權利，所述韓國專利申請的內容全文併入本案供參考。
本發明有關於一種用於形成太陽電池電極的組成物以及一種使用所述組成物製備的電極。
太陽電池利用PN接面(PN junction)的光電效應將太陽光的光子轉換成電能。舉例而言，太陽電池可具有其中前電極(front electrode)和後電極(rear electrode)形成於半導體晶圓(wafer)或基底上的結構，所述半導體晶圓或基底上形成有PN接面。在具有此種結構的太陽電池中，由入射於半導體晶圓上的太陽光在PN接面處引發光電效應，且因引發的光電效應而產生的 電子通過電極流出。
太陽電池的電極可如下所述形成：以用於形成太陽電池電極的組成物塗覆晶圓或基底，並對所述組成物進行圖案化和烘烤。
近年來，需要包含於電極中的射極(emitter)製造得越來越薄，以增強太陽電池的效率。然而，當射極變薄時，會造成分流(shunting)現象，這會降低太陽電池的性能。並且，太陽電池的面積有增大的趨勢，以提高光電轉換效率。然而在此種情形中，太陽電池的效率可因太陽電池的接觸電阻增大而降低。
因此，亟需開發一種用於形成太陽電池電極的組成物，所述組成物可用於通過改善與晶圓的接觸特性來製造更薄的射極，且其轉換效率可通過最小化接觸電阻(contact resistance，RC)和串聯電阻(series resistance，Rs)而得到增強。
本發明的一個方面提供一種用於形成太陽電池電極的組成物，其包含銀(Ag)粉末、玻璃質(glass frit)、以及有機載體。此處，所述玻璃質包含銀(Ag)元素、碲(Te)元素、以及週期表1A族元素，所述週期表1A族元素包含選自由鋰(Li)、鈉(Na)、以及鉀(K)組成的族群的至少一種元素，所述玻璃質中包含的銀(Ag)元素：碲(Te)元素的莫耳比是在1：0.1至1：50的範圍內，且銀(Ag)元素：鋰(Li)、鈉(Na)或鉀(K)的莫耳比是在1：0.01至1：25的範圍內。
所述玻璃質可更包含選自由下列組成的族群的至少一種 第二元素：鉛(Pb)元素、鉍(Bi)元素、磷(P)元素、鍺(Ge)元素、鎵(Ga)元素、鈰(Ce)元素、鐵(Fe)元素、矽(Si)元素、鋅(Zn)元素、鎢(W)元素、鎂(Mg)元素、銫(Cs)元素、鍶(Sr)元素、鉬(Mo)元素、鈦(Ti)元素、錫(Sn)元素、銦(In)元素、釩(V)元素、釕(Ru)元素、鋇(Ba)元素、鎳(Ni)元素、銅(Cu)元素、砷(As)元素、鈷(Co)元素、鋯(Zr)元素、錳(Mn)元素、釹(Nd)元素、鉻(Cr)元素、銻(Sb)元素、以及鋁(Al)元素。
基於所述玻璃質的總莫耳數(total moles)，所述玻璃質可包含0.1莫耳%至65莫耳%的銀(Ag)元素。
所述玻璃質中包含的銀(Ag)元素可由具有1,100℃或小於1,100℃的離子解離溫度(ionic dissociation temperature)的銀化合物形成。
所述銀化合物可包含選自由氰化銀、硝酸銀、鹵化銀、碳酸銀、乙酸銀、硫酸銀、以及氧化銀組成的族群的至少一種銀化合物。
所述玻璃質由金屬前驅物形成，所述金屬前驅物包含：銀化合物；氧化碲；以及包含至少一種週期表1A族元素的化合物，所述至少一種週期表1A族元素選自由鋰(Li)、鈉(Na)、以及鉀(K)組成的族群。
所述金屬前驅物可更包含選自由下列組成的族群的至少一種第二氧化物：氧化鉛、氧化铋、氧化磷、氧化锗、氧化镓、氧化铈、氧化鐵、氧化矽、氧化鋅、氧化钨、氧化镁、氧化铯、氧化锶、氧化钼、氧化钛、氧化錫、氧化铟、氧化钒、氧化钌、 氧化钡、氧化镍、氧化銅、氧化砷、氧化鈷、氧化锆、氧化锰、氧化釹、氧化鉻、氧化銻、以及氧化鋁。
所述金屬前驅物可包含1重量%至45重量%的所述銀化合物、20重量%至75重量%的所述氧化碲、以及1重量%至35重量%的所述包含週期表1A族元素的化合物。
所述金屬前驅物可包含1重量%至40重量%的所述第二氧化物。
本發明的另一方面提供一種用於形成太陽電池電極的組成物，其包含60重量%至95重量%的所述銀粉末；0.1重量%至20重量%的所述玻璃質；以及1重量%至30重量%的所述有機載體。
所述玻璃質可具有0.1μm至10μm的平均粒徑(D50)。
所述用於形成太陽電池電極的組成物可更包含選自由分散劑、觸變劑、增塑劑、保黏劑、消泡劑、顏料、紫外線穩定劑、抗氧化劑、以及偶聯劑組成的族群的至少一種添加劑。
本發明的又一方面提供一種使用所述用於形成太陽電池電極的組成物製備的太陽電池電極。
根據本發明的一個示例性實施例的用於形成太陽電池電極的組成物可用於將具有1,100℃或小於1,100℃的離子解離溫度的銀化合物引入玻璃質中來改善與電極和晶圓的接觸特性。
並且，使用所述組成物製備的太陽電池電極因接觸電阻(Rc)和串聯電阻(Rs)最小化而能呈現出極佳的填充因數和轉換效率。
100‧‧‧基底
101‧‧‧p層(或n層)
102‧‧‧n層(或p層)
210‧‧‧後電極
230‧‧‧前電極
圖1是顯示根據本發明的一個示例性實施例的太陽電池的結構的示意圖。
用於形成太陽電池電極的組成物
本發明的一個示例性實施例有關於一種用於形成太陽電池電極的組成物(本文簡稱為“組成物”)。根據本發明的一個示例性實施例的用於形成太陽電池電極的組成物包含銀(Ag)粉末、玻璃質(glass frit)、以及有機載體(organic vehicle)。所述玻璃質包含銀(Ag)元素、碲(Te)元素、以及週期表1A族元素。在此種情形中，所述週期表1A族元素包含選自由鋰(Li)、鈉(Na)、以及鉀(K)組成的族群的至少一種元素。所述玻璃質中包含的銀(Ag)元素與碲(Te)元素的莫耳比是在1：0.1至1：50的範圍內，且銀(Ag)元素與鋰(Li)、鈉(Na)或鉀(K)元素的莫耳比是在1：0.01至1：25的範圍內。
在本說明書中，術語“莫耳比”是指各金屬元素的原子的莫耳比。在下文中，將對本發明進行更詳細地說明，如下所述。
(A)銀粉末
在根據本發明的一個示例性實施例的用於形成太陽電池電極的組成物中，所述銀(Ag)粉末用作導電粉末。所述銀粉末可為具有奈米級或微米級粒徑的粉末。舉例而言，所述銀粉末可為具有數十奈米至數百奈米的粒徑的銀粉末，或具有數奈米至數十奈米的粒徑的銀粉末。並且，可使用具有不同粒徑的兩種銀粉末的混合物。
舉例而言，所述銀粉末的顆粒形狀可為球形的、片狀的、無定形的或類似形狀。
所述銀粉末可具有(舉例而言)0.1μm至10μm、或0.5μm至5μm的平均粒徑(D50)。在此粒徑範圍內，可實現降低接觸電阻和線性電阻的效果。
在使用超聲波將導電粉末在25℃下在異丙醇(isopropyl alcohol，IPA)中分散3分鐘後，使用粒徑分析儀(型號：1064LD，由茨拉斯有限公司(CILAS Co.,Ltd.)製造)來測量平均粒徑。
基於用於形成太陽電池電極的組成物的總重量，包含的銀粉末的含量可為60重量%(wt%)至95重量%。在此含量範圍內，可實現提高轉換效率的效果、以及有利於黏合(pasting)的效果。更具體而言，基於用於形成太陽電池電極的組成物的總重量，包含的銀粉末的含量可為70重量%至90重量%。
(B)玻璃質
在烘烤用於形成太陽電池電極的組成物的製程中，通過對抗反射層進行蝕刻，玻璃質可在射極區域產生銀結晶顆粒，以降低電阻。並且，玻璃質通過在燒結時軟化所述組成物而具有提高導電粉末與晶圓之間的黏合性(adhesivity)並進一步降低烘烤溫度的效果。
太陽電池面積的增大會導致太陽電池的接觸電阻增大。因此，由太陽電池面積增大造成的PN接面損壞應被最小化，並且串聯電阻也應被最小化。並且，即使在大的烘烤溫度範圍中，玻璃質也需要充分保證熱穩定性。
根據本發明的一個示例性實施例的玻璃質可自金屬前驅物形成，所述金屬前驅物包含銀(Ag)化合物；氧化碲；以及包含週期表1A 族元素的化合物。
在此種情形中，所述包含週期表1A族元素的化合物可為鋰(Li)化合物、鈉(Na)化合物、鉀(K)化合物、或其混合物。
舉例而言，根據一個示例性實施例的玻璃質可通過熔融和研磨金屬前驅物來製備，所述金屬前驅物通過混合所述銀(Ag)化合物；所述氧化碲；以及所述鋰(Li)化合物、鈉(Na)化合物、鉀(K)化合物或其混合物而獲得。結果，根據一個示例性實施例的玻璃質包含銀(Ag)元素；碲(Te)元素；以及選自由鋰(Li)元素、鈉(Na)元素、以及鉀(K)元素組成的族群的至少一種週期表1A族元素。
所述銀(Ag)化合物在1,100℃或小於1,100℃的溫度下可分解成銀(Ag)離子。分解溫度在此範圍內的銀(Ag)化合物可用於改善與電極和晶圓的接觸特性。
具體而言，所述銀化合物可為離子鍵合(ion-bonded)化合物。舉例而言，可單獨使用或組合使用氰化銀(AgCN)、硝酸銀(AgNO3)、鹵化銀(Ag-X)、碳酸銀、(Ag2CO3)、乙酸銀(AgC2H3O2)、硫酸銀(Ag2SO4)、以及氧化銀(Ag2O)。在鹵化銀(Ag-X)中，X可為碘、氟、氯、或溴。
存在於玻璃質中的衍生自上述銀化合物的銀元素可調整以銀晶體、玻璃以及晶圓的順序形成的電極的介面處的玻璃導電性。並且，衍生自銀化合物的銀元素在填充玻璃質上形成的封閉(enclosed)孔洞或空隙方面具有極佳的效果。在此種情形中，玻璃質可降低晶圓與電極的接觸電阻和串聯電阻。
在自根據本發明的一個示例性實施例的玻璃質製備的太陽電池電極被烘烤後，銀結晶可沉澱(precipitate)在玻璃質上。在此種情形中，進一步沉澱的銀晶體是指烘烤後除由導電粉末形成的銀(Ag)晶體之外的 銀晶體。並且，存在於玻璃質中的衍生自上述銀化合物的銀元素對按銀晶體、玻璃以及晶圓的順序形成的電極的介面處的玻璃賦予導電性，並且可填充玻璃質上形成的封閉孔洞或空隙。玻璃用作銀晶體與晶圓之間的絕緣體。在此種情形中，存在於玻璃質中的銀元素可降低晶圓-銀電極的接觸電阻和串聯電阻。
所述氧化碲可為(舉例而言)一氧化碲、二氧化碲、三氧化碲或類似物。
所述鋰化合物可為(舉例而言)碳酸鋰。然而，可使用鋰的氰酸鹽、硝酸鹽、鹵化物(haloid)、乙酸鹽或硫酸鹽、氧化鋰或類似物。
所述鈉化合物可為(舉例而言)碳酸鈉。然而，可使用鈉的氰酸鹽、硝酸鹽、鹵化物、乙酸鹽或硫酸鹽、氧化鈉或類似物。
所述鉀化合物可為(舉例而言)碳酸鉀。然而，可使用鉀的氰酸鹽、硝酸鹽、鹵化物、乙酸鹽或硫酸鹽、氧化鉀或類似物。
在一個示例性實施例中，所述金屬前驅物可包含1重量%至45重量%的所述銀化合物、20重量%至75重量%的所述氧化碲、以及1重量%至35重量%的所述包含週期表1A族元素的化合物。
存在於根據一個示例性實施例的玻璃質中的銀(Ag)元素與碲元素(Te)的莫耳比可在1：0.1至1：50的範圍內，舉例而言，1：0.5至1：40的範圍內。在Ag：Te的莫耳比超過1：50而使得包含的Te過量(Te的莫耳數是Ag的50倍以上(more than 50 times))時，因為存在於玻璃中的Ag的含量相對低而效果差。並且，在Te與Ag的莫耳比超過1：0.1而使得包含的Ag超量(Te的莫耳數是Ag的0.1倍以下(less than 0.1 times))時，玻璃的固有特性會變差。
並且，存在於玻璃質中的銀(Ag)元素與鋰(Li)、鈉(Na) 或鉀(K)元素的莫耳比(Ag：Li、Ag：Na或Ag：K)可在1：0.01至1：25的範圍內，例如1：0.01至1：23、1：0.01至1：20、1：0.01至1：15、1：0.01至1：10或1：0.01至1：5的範圍內。在Ag與Li、Na或K的莫耳比超過1：25時(Li、Na或K的莫耳數是Ag的25倍以上)，因為存在於玻璃中的銀(Ag)的含量相對低而效果差。另外，開路電壓會因為鋰(Li)、鈉(Na)或鉀(K)滲入晶圓而降低。並且，在Ag與Li、Na或K的莫耳比超過1：0.01而使得包含的銀(Ag)超量(Li、Na或K的莫耳數是Ag的0.01倍以下)時，玻璃的絕緣性質會變差。
所述玻璃質可更包含選自由下列組成的族群的第二元素：鉛(Pb)元素、鉍(Bi)元素、磷(P)元素、鍺(Ge)元素、鎵(Ga)元素、鈰(Ce)元素、鐵(Fe)元素、矽(Si)元素、鋅(Zn)元素、鎢(W)元素、鎂(Mg)元素、銫(Cs)元素、鍶(Sr)元素、鉬(Mo)元素、鈦(Ti)元素、錫(Sn)元素、銦(In)元素、釩(V)元素、釕(Ru)元素、鋇(Ba)元素、鎳(Ni)元素、銅(Cu)元素、砷(As)元素、鈷(Co)元素、鋯(Zr)元素、錳(Mn)元素、釹(Nd)元素、鉻(Cr)元素、銻(Sb)元素、以及鋁(Al)元素。在本說明書中，這些元素中的所述元素被稱為第二元素，以區別於上述的銀元素、碲元素、以及週期表1A族的元素。
在此種情形中，所述玻璃質可被製備成除上述的銀(Ag)化合物；氧化碲；以及週期表1A族的元素外更包含選自由下列組成的族群的至少一種第二氧化物：氧化鉛、氧化鉍、氧化磷、氧化鍺氧化鎵、氧化鈰、氧化鐵、氧化矽、氧化鋅、氧化鎢、氧化鎂、氧化銫、氧化鍶、氧化鉬、氧化鈦、氧化錫、氧化銦、氧化釩、氧化釕、氧化鋇、氧化鎳、氧化銅、氧化砷、氧化鈷、氧化鋯、氧化錳、氧化釹、氧化鉻、氧化銻、以及氧化 鋁。
所述金屬前驅物可更包含(舉例而言)1重量%至40重量%的所述第二氧化物。
在一個示例性實施例中，所述金屬前驅物可包含1重量%至30重量%的所述銀化合物、20重量%至70重量%的所述氧化碲、1重量%至20重量%的所述包含週期表1A族元素的化合物、以及5重量%至40重量%的氧化鉍。
在另一示例性實施例中，所述金屬前驅物可包含1重量%至30重量%的所述銀化合物、20重量%至70重量%的所述氧化碲、1重量%至20重量%的所述包含週期表1A族元素的化合物、以及10重量%至40重量%的氧化鉛。
在又一示例性實施例中，所述金屬前驅物可包含1重量%至30重量%的所述銀化合物、20重量%至70重量%的所述氧化碲、1重量%至20重量%的所述包含週期表1A族元素的化合物、以及1重量%至10重量%的氧化釹。
基於所述玻璃質的總莫耳數(total moles)，所述玻璃質可包含0.1莫耳%至65莫耳%的銀(Ag)元素，舉例而言，1莫耳%至50莫耳%的銀(Ag)元素。在此莫耳範圍內，所述玻璃質可極佳地維持作為絕緣體的特性，同時改善電極的導電性。在一個示例性實施例中，基於所述玻璃質的總莫耳數，所述玻璃質可包含1莫耳%、2莫耳%、3莫耳%、4莫耳%、5莫耳%、6莫耳%、7莫耳%、8莫耳%、9莫耳%、10莫耳%、11莫耳%、12莫耳%、13莫耳%、14莫耳%、15莫耳%、16莫耳%、17莫耳%、18莫耳%、19莫耳%、20莫耳%、21莫耳%、22莫耳%、23莫耳%、24莫耳%、25莫耳%、26莫耳%、27莫耳%、28莫耳%、29莫耳%、30莫耳%、31莫 耳%、32莫耳%、33莫耳%、34莫耳%、35莫耳%、36莫耳%、37莫耳%、38莫耳%、39莫耳%、40莫耳%、41莫耳%、42莫耳%、43莫耳%、44莫耳%、45莫耳%、46莫耳%、47莫耳%、48莫耳%、49莫耳%、或50莫耳%的銀(Ag)元素。
在本說明書中，玻璃質中包含的各金屬組分的含量使用電感耦合電漿發射光譜法(inductively coupled plasma-optical emission spectrometry，ICP-OES)來測量。由於使用極少量的試樣進行ICP-OES，因而試樣製備時間可削減。並且，ICP-OES的優點是，通過對試樣進行預處理可以減少誤差，並且其具有極佳的分析靈敏度。
具體而言，ICP-OES可包括：對試樣進行預處理，製備標準溶液，測量待測量的金屬組分的元素濃度，以及根據金屬組分的元素濃度來計算各金屬組分的元素含量。在此種情形中，可準確測量玻璃質中包含的各金屬元素的含量。
試樣的預處理可包括：在可溶解玻璃質中待分析的金屬組分的酸性溶液中溶解適量的玻璃質試樣，並加熱試樣以使試樣碳化(carbonize)。本文可使用的酸性溶液的實例包括硫酸(H2SO4)溶液等。
可用例如蒸餾水或過氧化氫(hydrogen peroxide，H2O2)等溶劑將碳化後的試樣適當地稀釋至待分析金屬組分的分析濃度範圍。鑒於ICP-OES儀器的適用元素檢測能力，分析濃度範圍可以10,000倍稀釋使用。
可使用在使用ICP-OES儀器進行測量時使用的標準溶液(例如包含待分析金屬元素的標準溶液)對預處理後的試樣進行校準，以測量各元素。
舉例而言，通過將標準溶液引入ICP-OES儀器中使用外部標準法繪製校準曲線。之後，可使用ICP-OES儀器測量預處理後的試樣中待分 析的金屬組分的元素濃度(ppm)，並且可根據金屬組分的元素濃度(ppm)來計算玻璃質中各金屬組分的含量和莫耳比。
在烘烤自根據本發明的一個示例性實施例的玻璃質製備的太陽電池電極後，除由導電粉末形成的銀(Ag)晶體以外的銀晶體可沉澱在玻璃質上。
本文可使用具有0.1μm至10μm的平均粒徑(D50)的玻璃質。玻璃質的形狀可為球形或無定形的。在此粒徑範圍內，玻璃質可具有改善電極的導電性並降低接觸電阻的極佳效果。
基於所述用於形成太陽電池電極的組成物的總重量，玻璃質的含量(舉例而言)可在0.1重量%至20重量%、或0.5重量%至10重量%的範圍內。在此含量範圍內，可在大的薄層電阻(sheet resistance)範圍條件下確保PN接面的穩定性。在此含量範圍內，也可最小化太陽電池的串聯電阻值，並且可提高太陽電池的效率。
玻璃質可使用常規的方法製備。舉例而言，通過以下方式製備金屬前驅物：以預定的混合比混合所述銀(Ag)化合物；所述氧化碲；以及所述鋰(Li)、鈉(Na)或鉀(K)化合物或其混合物。所述混合可使用球磨機(ball mill)或行星磨機(planetary mill)進行。可將製備的金屬前驅物在800℃至1,300℃下熔融，且在25℃下猝火。可使用球磨機或行星磨機研磨所得的產物，從而獲得玻璃質。
(c)有機載體
將有機載體以機械方式與所述用於形成太陽電池電極的組成物的無機組分混合，以賦予適合在所述組成物上進行印刷的黏度和流變性質。
在用於形成太陽電池電極的組成物中使用的有機載體可通常用作所述有機載體。並且，所述有機載體可包含相關領域內已知的黏合劑樹 脂和溶劑。
可使用丙烯酸系(acrylate-based)樹脂或纖維素系(cellulose-based)樹脂作為黏合劑樹脂。在此種情形中，乙基纖維素是廣泛使用的樹脂。然而，也可使用乙基羥乙基纖維素(ethyl hydroxyethyl cellulose)、硝基纖維素(nitrocellulose)、乙基纖維素與酚醛樹脂(phenol resin)的混合物、醇酸樹脂(alkyd resin)、酚醛樹脂(phenolic resin)、丙烯酸酯系樹脂(acrylic acid ester-based resin)、二甲苯系樹脂(xylene-based resin)、聚丁烯系樹脂(polybutene-based resin)、聚酯系樹脂(polyester-based resin)、脲系樹脂(urea-based resin)、三聚氰胺系樹脂(melamine-based resin)、乙酸乙烯酯系樹脂(vinyl acetate-based resin)、木松香(wood rosin)、或醇的聚甲基丙烯酸酯(polymethacrylate of alcohol)。
舉例而言，所述溶劑可包括己烷(hexane)、甲苯(toluene)、乙基溶纖劑(ethyl cellosolve)、環己酮(cyclohexanone)、丁基溶纖劑(butyl cellosolve)、丁基卡必醇(二乙二醇單丁醚)(butyl carbitol(diethylene glycol monobutyl ether))、二丁基卡必醇(二乙二醇二丁醚)(dibutyl carbitol (diethylene glycol dibutyl ether))、丁基卡必醇乙酸酯(二乙二醇單丁醚乙酸酯)(butyl carbitol acetate(diethylene glycol monobutyl ether acetate))、丙二醇單甲醚(propylene glycol monomethyl ether)、己二醇(hexylene glycol)、松油醇(terpineol)、甲基乙基酮(methyl ethyl ketone)、苯甲醇(benzyl alcohol)、γ-丁內酯(γ-butyrolactone)、或乳酸乙酯(ethyl lactate)，其可單獨使用或兩種或更多種組合使用。
基於所述用於形成太陽電池電極的組成物的總重量，包含的所述有機載體的含量可為1重量%至30重量%。在此含量範圍內，可確保足夠的黏合強度和極佳的可印刷性。
(D)添加劑
需要時，根據本發明的一個示例性實施例的用於形成太陽電池電極的組成物可更包含常規添加劑。所述添加劑可包括分散劑、觸變劑、增塑劑、保黏劑(viscosity stabilizing agent)、消泡劑、顏料、紫外線穩定劑、抗氧化劑、或偶聯劑，其可單獨使用或兩種或更多種組合使用。在此種情形中，所述添加劑可進一步改善所述用於形成太陽電池電極的組成物的流動特性和製程特性以及穩定性。基於所述用於形成太陽電池電極的組成物的總重量，包含的所述添加劑的含量可為0.1重量%至5重量%。在此種情形中，所述添加劑的含量可根據所期望的用途而變化。
太陽電池電極以及包含所述太陽電池電極的太陽電池
本發明的另一方面有關於一種由所述用於形成太陽電池電極的組成物形成的電極、以及包含所述電極的太陽電池。
圖1是顯示根據本發明的一個示例性實施例的太陽電池的結構的示意圖。
參照圖1，晶圓或基底100包含p層(或n層)101、以及用作射極的n層(或p層)102。所述用於形成太陽電池電極的組成物可被印刷於晶圓或基底100上，並被烘烤而形成後電極210和前電極230。
舉例而言，通過印刷而將晶圓的後表面塗覆以所述用於形成太陽電池電極的組成物，然後在200℃至400℃的溫度下乾燥10秒至60秒以進行預先製備後電極的製程。並且，將所述用於形成太陽電池電極的組成物印刷於晶圓的前表面上，然後乾燥以進行預先製備前電極的製程。之後，可進行在400℃至950℃、或750℃至950℃下將其上施加有所述用於形成太陽電池電極的組成物的晶圓或基底烘烤30秒至180秒的製程，以形成所述前電極和後電極。
在下文中，將參考示例性實施例對本發明進行更詳細地說明。然而，應理解，本文提出的說明只是僅用於舉例說明目的的優選實例，而並非意欲限制本發明的範圍。
實例1至實例50和對照實例1至對照實例4 實例1
作為有機黏合劑，將3.0重量%的乙基纖維素(陶氏化學公司(Dow Chemical Co.)，STD4)在60℃下完全溶解於6.5重量%的溶劑丁基卡必醇中，並加入86.90重量%的平均粒徑為2.0μm的球形銀粉末(同和高科技有限公司(Dowa Hightech Co.Ltd.)，AG-4-8)、3.1重量%的玻璃質(其使用碳酸銀(Ag2CO3，阿卡洛斯有機製品(Acros Organics))作為銀化合物並使用下表1中所列成分製備)、0.2重量%的分散劑BYK102(畢克化學公司(BYK-Chemie))作為添加劑、以及0.3重量%的觸變劑Thixatrol ST(海名斯公司(Elementis Co.))，並均勻地混合，然後使用3輥捏煉機(3-roll kneader)分散，以製備用於形成太陽電池電極的組成物。
實例2至實例9
除了使用下表1中所列成分製備的玻璃質之外，以與實例1相同的方式製備用於形成太陽電池電極的組成物。
實例10至實例15
除了使用碘化銀(AgI，西格瑪奧德里奇公司(Sigma-Aldrich))作為銀化合物，並且使用下表2中所列成分製備的玻璃質之外，以與實例1相同的方式製備用於形成太陽電池電極的組成物。
實例16至實例24
除了使用硝酸銀(AgNO3，大中化學及金屬有限公司(Daejung Chemicals & Metals Co.,Ltd.))作為銀化合物，並且使用下表3中所列成 分製備的玻璃質之外，以與實例1相同的方式製備用於形成太陽電池電極的組成物。
實例25至實例33
除了使用氧化銀(Ag2O，阿卡洛斯有機製品(Acros Organics))作為銀化合物，並且使用下表4中所列成分製備的玻璃質之外，以與實例1相同的方式製備用於形成太陽電池電極的組成物。
對照實例1至對照實例2
除了使用下表5中所列成分製備的玻璃質之外，以與實例1相同的方式製備用於形成太陽電池電極的組成物。
使用電感耦合電漿發射光譜法(ICP-OES)測量玻璃質中Ag：Te、Ag：Li、Ag：Na以及Ag：K的莫耳比
試樣的預處理：將0.5g玻璃質作為待分析的試樣放入燒杯中，精確稱重至0.0001g的單位。將5ml硫酸(H2SO4)加入含有試樣的燒杯中，然後使用熱板在220℃下加熱3小時，以將試樣完全碳化。加入過氧化氫(H2O2)，直至含有碳化試樣的燒杯變得清澈。然後，結束預處理。
標準溶液的製備：製備含有待分析的金屬組分的標準溶液。
金屬組分的莫耳比的測量：將硝酸(HNO3)加入所述含有經預處理的試樣的燒杯，加熱5分鐘，然後在空氣中冷卻。將所得的標準溶液引入ICP-OES儀器(珀金埃爾默公司(PerkinElmer,Inc.))中，以使用外部標準方法繪製校準曲線。之後，使用ICO-OES儀器測量試樣中包含的銀(Ag)、碲(Te)、鋰(Li)、鈉(Na)以及鉀(K)元素的濃度(ppm)，且根據上述元素的濃度(ppm)計算玻璃質中Ag：Te以及Ag：Li、Ag：Na、Ag：K的莫耳比。各元素的計算值在下表6中列出。
各金屬組分的含量(%)=各金屬組分的元素濃度(ppm)×稀釋 因數(Dilution Factor，DF)/10,000
各金屬組分的莫耳數=各金屬組分的含量/各金屬組分的分子量
各金屬組分的莫耳數=各金屬組分的莫耳數/金屬組分總莫耳數的和
測量填充因數和效率的方法
通過絲網印刷(screen printing)將在實例和對照實例中製備的每一種用於形成太陽電池電極的組成物以預定圖案印刷於單晶晶圓(mono-crystalline wafer)的前表面上，然後使用紅外乾燥爐乾燥。之後，將鋁膏糊印刷在晶圓的後表面上，然後以相同的方式乾燥。使用帶式烘烤爐(belt-type baking furnace)將在此製程中形成的電池在700℃至950℃下烘烤30秒至210秒。使用太陽電池效率測試儀(帕山有限公司(Pasan,Co., Ltd.)，CT-801)測量如此製備的太陽電池的串聯電阻(Rs)、填充因數(FF，%)和轉換效率(%)。測得的串聯電阻、填充因數和轉換效率值列於以下表7和表8中。
實例1至實例33中製備的組成物包含衍生自離子解離溫度為1,100℃或小於1,100℃的銀化合物的銀元素，Ag：Te的莫耳比是在1：0.1至 1：50的範圍，且Ag：Li、Ag：Na或Ag：K的莫耳比是在1：0.01至1：25的範圍內。
自表7和表8中所列的結果可見，可看出與對照實例1和對照實例2中製備的電極相比，使用實例1至實例33中所製備的包含玻璃質的用於形成太陽電池電極的組成物所製備的電極具有更低的串聯電阻和優異的轉換效率和填充因數值。
所屬領域的技術人員將明瞭，可在不背離本發明的範圍的條件下對本發明的示例性實施例進行各種改變和修改。因此，本發明意欲涵蓋所有此類改變和修改，只要所述改變和修改處於隨附申請專利範圍和其等效項的範圍內即可。
100‧‧‧基底
101‧‧‧p層(或n層)
102‧‧‧n層(或p層)
210‧‧‧後電極
230‧‧‧前電極

Claims (13)

  1. 一種用於形成太陽電池電極的組成物，包含銀粉末、玻璃質、以及有機載體，其中所述玻璃質包含銀元素、碲元素、以及週期表1A族元素，所述週期表1A族元素包含選自由鋰、鈉、以及鉀組成的族群的至少一種元素，所述玻璃質中包含的所述銀元素：所述碲元素的莫耳比是在1：0.1至1：50的範圍內，且所述銀元素：鋰、鈉或鉀的莫耳比是在1：0.01至1：25的範圍內。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的用於形成太陽電池電極的組成物，其中所述玻璃質更包含選自由下列組成的族群的至少一種第二元素：鉛元素、鉍元素、磷元素、鍺元素、鎵元素、鈰元素、鐵元素、矽元素、鋅元素、鎢元素、鎂元素、銫元素、鍶元素、鉬元素、鈦元素、錫元素、銦元素、釩元素、釕元素、鋇元素、鎳元素、銅元素、砷元素、鈷元素、鋯元素、錳元素、釹元素、鉻元素、銻元素、以及鋁元素。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的用於形成太陽電池電極的組成物，其中基於所述玻璃質的總莫耳數，所述玻璃質包含0.1莫耳%至65莫耳%的所述銀元素。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的用於形成太陽電池電極的組成物，其中所述玻璃質中包含的所述銀元素由具有1,100℃或小於1,100℃的離子解離溫度的銀化合物形成。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的用於形成太陽電池電極的組成物，其中所述銀化合物包含選自由氰化銀、硝酸銀、鹵化銀、碳酸銀、乙酸銀、硫酸銀、以及氧化銀組成的族群的至少一種銀化合物。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的用於形成太陽電池電極的組成物，其中所述玻璃質由金屬前驅物形成，所述金屬前驅物包含：银化合物；氧化碲；以及包含至少一種周期表1A族元素的化合物，所述至少一種周期表1A族元素選自由锂、钠、以及钾组成的族群。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的用於形成太陽電池電極的組成物，其中所述金屬前驅物更包含選自由下列組成的族群的至少一種第二氧化物：氧化鉛、氧化铋、氧化磷、氧化锗、氧化镓、氧化铈、氧化鐵、氧化矽、氧化鋅、氧化钨、氧化镁、氧化铯、氧化锶、氧化钼、氧化钛、氧化錫、氧化铟、氧化钒、氧化钌、氧化钡、氧化镍、氧化銅、氧化砷、氧化鈷、氧化锆、氧化锰、氧化釹、氧化鉻、氧化銻、以及氧化鋁。
  8. 如申請專利範圍第6項所述的用於形成太陽電池電極的組成物，其中所述金屬前驅物包含1重量%至45重量%的所述銀化合物、20重量%至75重量%的所述氧化碲、以及1重量%至35重量%的所述包含至少一種週期表1A族元素的化合物。
  9. 如申請專利範圍第7項所述的用於形成太陽電池電極的組成物，其中所述金屬前驅物包含1重量%至40重量%的所述第二氧化物。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的用於形成太陽電池電極的組成物，其中所述用於形成太陽電池電極的組成物包含：60重量%至95重量%的所述銀粉末；0.1重量%至20重量%的所述玻璃質；以及1重量%至30重量%的所述有機載體。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的用於形成太陽電池電極的組成物，其中所述玻璃質具有0.1μm至10μm的平均粒徑。
  12. 如申請專利範圍第1項所述的用於形成太陽電池電極的組成物，其中所述用於形成太陽電池電極的組成物更包含選自由分散劑、觸變劑、增塑劑、保黏劑、消泡劑、顏料、紫外線穩定劑、抗氧化劑、以及偶聯劑組成的族群的至少一種添加劑。
  13. 一種太陽電池電極，使用如申請專利範圍第1項至第12項中的任一項所述的用於形成太陽電池電極的組成物製備。
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