TW201629985A - 用於局部背面場太陽能電池之導電鋁膠及應用該導電鋁膠之太陽能電池 - Google Patents

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Abstract

本發明係提供一種用於局部背面場太陽能電池之導電鋁膠，包含：鋁粉；有機載體，其係包含樹脂及溶劑；以及氧化釩。此外，本發明亦提供一種包含上述之導電鋁膠的太陽能電池。本發明之一種用於局部背面場太陽能電池之導電鋁膠及應用該導電鋁膠之太陽能電池，可以在完全排除或減少含鉛量的情況下，提升局部背面場太陽能電池之光電轉換效率與拉力。

Description

用於局部背面場太陽能電池之導電鋁膠及應用該導電鋁膠之太陽能電池
本發明係關於一種導電鋁膠，特別關於一種含氧化釩的導電鋁膠。本發明亦關於一種應用該導電鋁膠之太陽能電池。
太陽能電池是一種將太陽光轉換成直流電能輸出的一種裝置，其中矽基太陽能電池為太陽能發電之主流(占產業比重80%以上)，業界現有產品多為採用P型矽基材為基底，在受光面以高溫磷擴散(phosphorous diffusion)形成n+ 射極，形成一P-N接面二極體；接著在n+ 表面形成一層60~80nm之抗反射層；隨後在抗反射層上網版印刷30~90 μm的細長柵狀銀電極與正面匯流電極(busbar)；另一面(p面)也印上背面匯流電極，接著印上鋁膠做為鋁源，其目的是在高溫環境下與矽基形成鋁矽合金與背面場(back surface field, BSF)層，可以避免少數載子在背面複合(recombination)的機會。
太陽能電池廠為了提升最佳之效率表現，在2013年起已經逐步導入局部背面場(local back surface field, LBSF)的技術，此一技術之另一別名為射極鈍化及背電極(Passivated Emitter and Rear Contact, PERC)，其作法為使用鍍膜的方式鍍上至少兩層以上的氧化層(一層底氧化層/一層頂氧化層)，其中底氧化層用以修復矽晶片表面之缺陷；頂氧化層(cap layer)保護底氧化層不被鋁膠破壞且增加光學反射。兩層氧化層鍍膜完畢後，常見使用雷射或是酸蝕刻形成開口(30~40μm平行線開口或是200μm直徑之點狀開口)，並印上鋁膠進入快速高溫燒結爐共燒。此一作法鋁膠只會在開口處形成局部背面場，故名為局部背面場(LBSF)技術。
LBSF技術面臨一個主要的技術問題是：常規鋁膠對於底頂兩層氧化層的腐蝕性太強，導致底氧化層修復缺陷之能力減弱或消失。如果要減輕鋁膠的腐蝕性，也會減少鋁膠對於頂氧化層之附著力。
為解決此一問題，一般鋁膠業界之作法是設計低腐蝕性的鋁膠，例如，專利文獻CN 103545013、US 2011120535 A1、US 2013183795 A1中使用高含鉛量之玻璃粉，利用氧化鉛(PbO)易熔解易反應之特性，強化鋁膠與頂氧化層之附著力。
但常規鋁膠已是無鉛系統，上述用於LBSF的鋁膠卻使用高含鉛量之玻璃粉，實有違現今之環保潮流與安全標準。因此，如何開發出一種可用於LBSF的導電鋁膠，可以在減少氧化鉛用量的情況下，保持一樣的光電轉換效率與拉力，是所有LBSF研發人員引頸期盼之技術重點。
為解決上述現有技術的缺失，本發明係提供一種用於局部背面場(LBSF)太陽能電池之導電鋁膠及應用該導電鋁膠之太陽能電池。藉此改善習知用於局部背面場太陽能電池之導電鋁膠，必須使用高含鉛量之玻璃粉，來提升太陽能電池之光電轉換效率與拉力之問題。
為達上述目的及其他目的，本發明係提供一種用於局部背面場太陽能電池之導電鋁膠，包含：鋁粉；有機載體，其係包含樹脂及溶劑；以及氧化釩。
上述之導電鋁膠，其中可直接添加氧化釩，且該氧化釩之添加量係不高於該導電鋁膠總重的1.5%。
上述之導電鋁膠，其中可藉由添加含氧化釩之玻璃粉，使該導電鋁膠包含氧化釩。
上述之導電鋁膠，其中該玻璃粉中，氧化釩之含量係不高於75%。
上述之導電鋁膠，其中該玻璃粉之含量係不高於該導電鋁膠總重的10%。
上述之導電鋁膠，其中該玻璃粉之含量係不高於該導電鋁膠總重的3%。
上述之導電鋁膠，其中該鋁粉之含量較佳係佔該導電鋁膠總重的65~75%。
上述之導電鋁膠，其中該鋁粉較佳係包含：小顆鋁粉，其粒徑係小於3 μm；以及大顆鋁粉，其粒徑係為3~8 μm，其中該小顆鋁粉之含量係不高於該導電鋁膠總重的30 %。
上述之導電鋁膠，其中該小顆鋁粉之含量較佳係佔該導電鋁膠總重的5~25 %。
上述之導電鋁膠，其中該有機載體較佳係佔該導電鋁膠總重的10~30 %。
上述之導電鋁膠，其中該有機載體較佳係佔該導電鋁膠總重的20~28 %。
上述之導電鋁膠，其中該有機載體包含：樹脂，其可選自由乙基纖維素、木松香及聚丙烯腈所組成之群組；以及溶劑。
上述之導電鋁膠，其中可進一步包含：添加劑，其係選自由分散劑、流平劑、脫泡劑、抗沉降劑、觸變助劑及偶合劑所組成之群組。
為達上述目的及其他目的，本發明亦提供一種太陽能電池，其係包含上述之導電鋁膠。
本發明之一種用於局部背面場太陽能電池之導電鋁膠及應用該導電鋁膠之太陽能電池，可以在完全排除或減少鉛含量的情況下，提升局部背面場太陽能電池之光電轉換效率與拉力。
為充分瞭解本發明之目的、特徵及功效，茲藉由下述具體之實施例，對本發明做一詳細說明，說明如後：
本發明所提供之導電鋁膠大體上包含了鋁粉、有機載體以及氧化釩，亦可進一步包含玻璃粉及各類添加劑。
鋁粉可佔該導電鋁膠總重的65~80%，較佳為70~76%。
鋁粉較佳可由兩種以上顆粒大小組成，可粗分為小顆鋁粉與大顆鋁粉兩類，若小顆鋁粉粒徑小於3μm，大顆鋁粉粒徑為3~8 μm，小顆鋁粉佔該導電鋁膠總重不高於30wt%，以5~25wt%為佳。
氧化釩(V2 O5 )用以提高本發明之導電鋁膠對基板之附著性與控制該導電鋁膠的反應特性。氧化釩可直接以氧化物的型式添加於本發明之導電鋁膠中，用以搭配其他無鉛玻璃粉，或搭配含鉛玻璃粉以減少含鉛玻璃粉的使用量。亦可藉由添加含氧化釩之玻璃粉，使本發明之導電鋁膠包含氧化釩，該玻璃粉可由多種元素或化合物在高溫下熔融製得，該玻璃粉中至少包含氧化釩，且該玻璃粉中氧化釩之含量以不超過75wt%為佳。例如，可將氧化釩、氧化鋅、氧化磷及氧化銻在高溫下熔融，製得含氧化釩之V2 O5 -ZnO-P2 O5 -Sb2 O3 玻璃粉。該玻璃粉之平均粒徑係小於6.0 μm，含量占導電膠總重的0~10wt%，以不高於3wt%為最佳。
有機載體用以提供網印性與乾燥強度。由至少一種之樹脂與至少一種之有機溶劑調配而成，樹脂可為乙基纖維素、木松香或聚丙烯腈，但並不以此為限；溶劑可為酯醇成膜劑(TEXANOL®, EASTMAN CHEMICAL COMPANY)、松油醇或二乙二醇丁醚等，但並不以此為限；有機載體佔該導電鋁膠總重的10~30wt%，以20~28wt%為佳。
添加劑用以強化鋁膠之穩定性、印刷性、平坦性、反應性高低與粉體密著性，可以選擇分散劑、流平劑、脫泡劑、抗沉降劑、觸變助劑、偶合劑等，但並不以此為限，添加劑總合佔該導電鋁膠總重的0~5wt%，以0~1.3wt%為佳。
本發明實施例1~4及比較例1~4之導電鋁膠係依照下列表一及表二所示之配方及百分比配製，其中表一之組別未直接添加氧化釩，實施例1中係藉由添加含氧化釩之玻璃粉，使該導電鋁膠包含氧化釩，表二之組別則直接添加氧化釩於導電鋁膠中： 表一 表二
實施例 1
實施例1之導電鋁膠係藉由下列步驟製備：
步驟一(有機載體製作)：將乙基纖維素(ETHOCEL Std 20) / 松油醇 / 二乙二醇丁醚以15: 20: 65的比例加入反應槽中，110℃油浴下以300 rpm的方式攪拌3小時以上，直至完全溶解。
步驟二：依照表一所示之配方及百分比，於步驟一所製得之有機載體中添加含氧化釩之玻璃粉、鋁粉等其他配方，配製成300g的混合鋁膠。
步驟三：以高速攪拌機攪拌步驟二製得之混合鋁膠3分鐘，使其充分混合後，以三輥研磨機(廠牌型號：Exakt 80E)研磨三次，可得黏度為30~50Pa·s，平均粒徑為6μm之導電鋁膠。
實施例 2~4 及比較例 1~4
實施例2~4及比較例1~4之導電鋁膠係藉由與實施例1相同之步驟製備，但於步驟二中，分別依據表一或表二改變配方及百分比。
測試例
使用上述實施例1~4及比較例1~4製得之導電鋁膠，依照下列步驟製備太陽能電池：
步驟一(印刷)：以網印方式將背面銀膠與正面銀膠分別印在LBSF半成品(正面SiNx , 背面為6nm Al2 O3 底氧化層+80nm SiNx 頂氧化層)矽基材背面與正面以200°C烘箱乾燥後，在矽基材背面的背面銀膠未覆蓋之處，印上實施例1~4及比較例1~4製得之導電鋁膠，導電鋁膠與背面銀膠間，須有部分重疊。調控印刷參數與網版網篩數以控制印重為1.1g，重新置入200°C烘箱乾燥3分鐘，製得待燒結之印刷矽基材。
步驟二(燒結)：乾燥步驟完成後，將步驟一製得之待燒結之印刷矽基材置入紅外線快速燒結爐(Despatch CF furnace)進行燒結，製得太陽能電池。燒結步驟中，相關參數設定為 Z1 / Z2 / Z3 / Z4 / Z5 / Z6 / speed = 500℃ / 550℃ / 600℃ / 680℃ / 830℃ / 930℃ / 230 ipm，該紅外線快速燒結爐係藉由輸送帶輸送該待燒結之印刷矽基材，使該待燒結之印刷矽基材通過Z1~Z6等不同的溫區，輸送帶之輸送速度(speed)係為230 ipm(英寸/分鐘)。
依據上述步驟，分別使用實施例1~4及比較例1~4之導電鋁膠製作太陽能電池，就下列性質進行測試：
光電轉換效率量測：使用太陽能電池片模擬測試系統，測試太陽能電池之光電轉換效率(%)、開路電壓(Voc(mv))及填充因子(FF (%))，測試機台型號為芬蘭Endeas公司生產之QuickSun 120CA。
拉力：將EVA膜裁成1×10cm長條，將該EVA膜置於太陽能電池之背面，經過層壓機150°C熱壓三次，使該EVA膜熱壓於太陽能電池之背面，以拉力計量測EVA膜與太陽能電池之間的最大拉力值，低於10N(牛頓)為NG。
耐水性：於燒杯中加入去離子水500cc後，放置在加熱板上加熱至水溫為75°C，將太陽能電池平放於底部，10分鐘之內有連續起泡即為NG。
翹曲：燒結後冷卻太陽能電池1小時，使用厚薄規量測厚度，超過1.8 mm即為NG。
鋁凸：燒結後之太陽能電池表面有橘皮狀凸起，即是NG。
上述性質之測試結果，彙整於下列表三及表四中，並以粗體字標示不佳的測試結果： 表三 表四
由表三之測試結果可了解，使用含氧化釩之玻璃粉的實施例1及比較例3在光電轉換效率(%)、開路電壓(Voc(mv))及填充因子(FF (%))等特性上，皆與使用含鉛玻璃粉的比較例1及比較例2相當或稍優於比較例1及比較例2；在拉力特性上，實施例1及比較例3則明顯優於比較例1及比較例2，顯示使用含氧化釩之玻璃粉，可使製得之太陽能電池具有較佳的拉力特性。進一步對照實施例1及比較例3之配方比例及測試結果可了解，比較例3係使用含80%氧化釩之玻璃粉，導致翹曲及鋁凸的現象，相較之下，實施例1係使用含55%氧化釩之玻璃粉，並未出現翹曲及鋁凸的現象。因此，在藉由添加含氧化釩之玻璃粉，使本發明之導電鋁膠包含氧化釩的情況下，該玻璃粉中氧化釩之含量係以不超過75wt%為佳。
再者，由表四之測試結果可了解，在直接添加0.9~1.5%之氧化釩的情況下(實施例2~4)，進一步添加含氧化鉍(實施例2)、含氧化釩(實施例3)或含氧化鉛(實施例4)之玻璃粉，皆可使製得之太陽能電池具有良好的光電性質、拉力及耐水性，且未出現翹曲及鋁凸的現象。進一步對照實施例2及比較例4之配方比例及測試結果可了解，比較例4係直接添加2.0%之氧化釩，導致翹曲及鋁凸的現象，相較之下，實施例2係直接添加0.9%之氧化釩，並未出現翹曲及鋁凸的現象。因此，直接添加之氧化釩的情況下，氧化釩之添加量係以不高於該導電鋁膠總重的1.5%為佳。
本發明在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本發明，而不應解讀為限制本發明之範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本發明之範疇內。因此，本發明之保護範圍當以申請專利範圍所界定者為準。
無
無
無

Claims (10)

  1. 一種用於局部背面場太陽能電池之導電鋁膠，包含： 鋁粉； 有機載體，其係包含樹脂及溶劑；以及 氧化釩。
  2. 如請求項1所述之導電鋁膠，其中係直接添加氧化釩，且該氧化釩之添加量係不高於該導電鋁膠總重的1.5%。
  3. 如請求項1所述之導電鋁膠，其中係藉由添加含氧化釩之玻璃粉，使該導電鋁膠包含氧化釩。
  4. 如請求項3所述之導電鋁膠，其中該玻璃粉中，氧化釩之含量係不高於75%。
  5. 如請求項3所述之導電鋁膠，其中該玻璃粉之含量係不高於該導電鋁膠總重的10%。
  6. 如請求項5所述之導電鋁膠，其中該玻璃粉之含量係不高於該導電鋁膠總重的3%。
  7. 如請求項1~6中任一項所述之導電鋁膠，其中該鋁粉之含量係佔該導電鋁膠總重的65~75%。
  8. 如請求項7所述之導電鋁膠，其中該鋁粉係包含： 小顆鋁粉，其粒徑係小於3 μm；以及 大顆鋁粉，其粒徑係為3~8 μm， 其中該小顆鋁粉之含量係不高於該導電鋁膠總重的30 %。
  9. 如請求項1~6中任一項所述之導電鋁膠，其中進一步包含： 添加劑，其係選自由分散劑、流平劑、脫泡劑、抗沉降劑、觸變助劑及偶合劑所組成之群組。
  10. 一種太陽能電池，其係包含如請求項1~9中任一項所述之導電鋁膠。
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