TW201710198A

TW201710198A - 用於太陽能電池製程之導電漿料

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Publication number: TW201710198A
Application number: TW104130035A
Authority: TW
Inventors: Chih-Wei Peng; Yen-Chang Chen; Tsung-Hsi Ko; Che-Chang Tsao; Yi-Fan Lai
Original assignee: Exojet Tech Corp
Priority date: 2015-09-11
Filing date: 2015-09-11
Publication date: 2017-03-16
Also published as: TWI596073B

Abstract

一種用於太陽能電池製程之導電漿料，包含一有機物載體、一導電材料及一玻璃介質，該導電材料與該玻璃介質分散於該有機物載體內，該玻璃介質包含重量百分比介於0.1 wt.% 至20 wt.% 之間的二氧化矽、重量百分比介於20wt.% 至80 wt.% 之間的二氧化碲、重量百分比介於5 wt.% 至40 wt.% 之間的三氧化二鉍、重量百分比介於0.1 wt.% 至5 wt.% 之間的氧化鋰及重量百分比介於0.1 wt.% 至20 wt.% 之間的氧化鋅。藉由氧化鋅取代習用含鉛材料，能夠達到環保與降低汙染之功效。

Description

用於太陽能電池製程之導電漿料

本發明為有關一種用於太陽能電池之化學材料，尤指一種用於太陽能電池製程之導電漿料。

傳統的太陽能電池基本結構係藉由一p型半導體與一n型半導體相互接合而形成一太陽能電池基板，該p型半導體與該n型半導體之間會形成一p-n接面（P-N junction），當接受太陽光照射時，太陽能電池會在該p-n接面處產生電子電洞對（Hole-electron pair）。由於該p型半導體中具有較高的電洞密度；而在該N型半導體中具有較高的電子密度，因此在該p-n接面處，該電子電洞對的電子會往該n型半導體處移動，而該電子電洞對的電洞則會往該p型半導體處移動，進而產生電流，最後再利用導電電極將電流收集進行使用。前述之太陽能電池可參美國發明專利公開第US 2013/0247976號、US 2014/0083489號。

此外，習用太陽能電池多含有鉛的成分，如美國發明公開第US 2011/0120548號專利所揭露的太陽能電池結構，其包括：一基板，具有一正面、一背面及貫穿該基板的一孔洞；一第一電極，自該基板的該背面至少填滿該孔洞；以及一第二電極，配置在該基板的該正面並位於該第一電極上，其中，形成該第一電極之銀膠的氧化鉛含量實質上佔其玻璃質的20 wt%或更低，形成該第二電極之銀膠的氧化鉛含量實質上佔其玻璃質的大於20 wt%。或者，如美國公告第US 8,497,420號專利所揭露用以製造太陽能電池的厚膜漿料組合物，該厚膜漿料組合物，包含：a)基於所述組合物中的總固體計，85-99.5重量%的導電金屬或其衍生物；b)基於固體計0.5-15重量%的鉛-碲-鋰-鈦氧化物；以及c)有機介質。

然而，鉛是屬於一種累積性且有毒的金屬，在製造太陽能電池的過程以及處理廢棄太陽能電池過程中容易產生含鉛的廢氣與廢水，若不謹慎處理就排出，除了汙染環境與直接毒害自然界生物外，人體亦會因空氣汙染吸入鉛，或者吃下受污染的食物(如受含鉛廢水汙染的魚類)而攝入鉛。鉛不容易代謝和降解，會破壞兒童的神經系統，並導致血液循環系統和腦的疾病。長期接觸鉛和它的鹽（尤其是可溶的和強氧化性的PbO₂ ）會導致腎病和類似絞痛的腹痛，並會增加致癌與突變的風險。而且，鉛在人體裡積蓄後很難自動排除，只能通過某些藥物來清除，長期累積後對人體造成相當程度的危害。因此，習用太陽能電池所使用的製造材料亟待改善與調整，以免造成環境汙染以及對人體造成直接或間接的危害。

本發明的主要目的，在於解決習知用於製造太陽能電池之材料，含有鉛會造成環境汙染與對人體造成危害之問題。

為達上述目的，本發明提供一種用於太陽能電池製程之導電漿料，包含一有機物載體、一導電材料以及一玻璃介質，該導電材料與該玻璃介質分散於該有機物載體內，該玻璃介質包含重量百分比介於0.1 wt.% 至20 wt.% 之間的二氧化矽、重量百分比介於20 wt.% 至80 wt.% 之間的二氧化碲、重量百分比介於5 wt.% 至40 wt.% 之間的三氧化二鉍、重量百分比介於0.1 wt.% 至5 wt.% 之間的氧化鋰以及重量百分比介於0.1 wt.% 至20 wt.% 之間的氧化鋅。

由上述可知，本發明用於太陽能電池製程之導電漿料，藉由氧化鋅取代習用含鉛材料，改變該玻璃介質中的成分以及比例，使得該導電漿料能在不含鉛的情況下，維持太陽能電池使用該導電漿料形成導電電極時的效能，並進一步避免對環境造成污染。

有關本發明的詳細說明及技術內容，現就配合圖式說明如下：

本發明提供一種用於太陽能電池製程之導電漿料，包含一有機物載體、一導電材料以及一玻璃介質，該導電材料與該玻璃介質分散於該有機物載體內，於本發明之一實施例中，該導電材料可為銀、銀氧化物、銀鹽、銅、鈀、鋁或其組合，且該導電材料在該導電漿料的重量百分比介於80 wt.%至95wt.%之間。該有機物載體之材料選自於乙基纖維素(Ethyl cellulose)、聚丙烯酸(Polyacrylic acid)、聚乙烯醇縮丁醛(Polyvinyl butyral)、聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol)、聚烯烴(Polyolefin)、聚醯胺(Polyamide)、羧酸(Carboxylic acid)、油酸(Oleic acid)、牛脂二胺二油酸鹽(N-Tallow-1,3-diaminopropane dioleate)、二乙二醇丁醚(Diethylene glycol butyl ether)、二乙二醇丁醚醋酸酯(2-(2-Butoxyethoxy)ethyl acetate)、酯醇(Ester alcohol)、尼龍酸二甲酯(Dibasic ester)、松油醇(Terpineol)及其衍生物，且該有機物載體之重量百分比介於4.9 wt.%至19.9 wt.%之間。

在本發明中，該玻璃介質在該導電漿料中之重量百分比介於0.1 wt.%至10 wt.%之間，並包括重量百分比介於0.1 wt.% 至20 wt.% 之間的二氧化矽、重量百分比介於20wt.% 至80 wt.% 之間的二氧化碲、重量百分比介於5 wt.% 至40 wt.% 之間的三氧化二鉍、重量百分比介於0.1 wt.% 至5 wt.% 之間的氧化鋰以及重量百分比介於0.1 wt.% 至20 wt.% 之間的氧化鋅。二氧化矽為一典型之玻璃形成劑(Glass former)，常做為玻璃網絡主體。而二氧化碲、三氧化二鉍及氧化鋅則為玻璃中間體(Glass intermediates)，在特定條件下，如存在玻璃形成劑或自身含量高時亦能形成玻璃網絡。在太陽能電池正面銀漿應用中，玻璃裡的氧化鋅被當作抗反射層(Anti-reflection coating)蝕刻劑，但在高溫燒結條件下，過多的氧化鋅易造成歐姆接觸電阻上升，氧化鋅蝕刻過度甚至會造成電池短路。因此在本發明中，利用二氧化矽、二氧化碲和氧化鋅的含量配比控制玻璃軟化點及黏度來優化最終產品的接觸阻抗及線寬來達到提升電池效率的目的。二氧化碲的加入還能大幅提高銀粉於接觸介面的溶解再析出行為，因而降低接觸電阻。

請續參閱『圖1』以及『圖2A』至『圖2D』所示，其係為本發明應用於一太陽能電池之結構示意圖以及製程步驟示意圖，該太陽能電池之製程方法如下：

S1：形成一太陽能電池基板10，先準備一p型半導體基材11，並於該p型半導體基材11上進行一摻雜製程形成一n型半導體層12，該p型半導體基材11與該n型半導體層12形成該太陽能電池基板10，該p型半導體基材11可為單晶矽基板、多晶矽基板、砷化鎵基板或披覆矽的半導體薄膜的基板；

S2：形成一抗反射層20，於該n型半導體層12遠離該p型半導體基材11一側形成該抗反射層20，其中該抗反射層20可經由濺射、化學氣相沉積或其他類似方法所形成，而該抗反射層20之材料可為氮化矽、二氧化鈦或二氧化矽；

S3：形成一前導電漿料層30以及一後導電漿料層40，將本發明之該導電漿料塗佈於該抗反射層20遠離該太陽能電池基板10一側，以形成該前導電漿料層30，並以一後電極導電漿料塗佈於該太陽能電池基板10遠離該抗反射層20一側以形成該後導電漿料層40，其中該後電極導電漿料的導電金屬可為鎳、銀、鋁、銅、鈀、金或錫等；

S4：燒結形成一前導電電極31以及一後導電電極41，進行一燒結製程，使該前導電漿料層30穿過該抗反射層20而與該太陽能電池基板10的該n型半導體層12相互鍵結連接，進而形成該前導電電極31；另外，該後導電漿料層40經過該燒結製程後形成該後導電電極41，此與習知太陽能電池製程相同，故不於本發明中贅述。

更進一步說明，由於該導電漿料中的玻璃介質所含的二氧化矽重量百分比介於0.1 wt.% 至20 wt.% 之間，使所形成的該前導電電極31與該n型半導體層12之間的接觸阻抗得以降低，進而提升該太陽能電池的效能；其次，該導電漿料的黏稠度亦可獲得提升，使得該前導電漿料層30的線寬不因黏度過低而有所改變，即，該導電漿料可避免線擴的問題，藉以穩定該太陽能電池於製程時的良率。

綜上所述，由於本發明改變該導電漿料的玻璃介質之成分與相關比例，以重量百分比介於0.1 wt.% 至20 wt.% 之間的氧化鋅取代習用的含鉛材料(如二氧化鉛)，並調控二氧化矽的重量百分比於0.1 wt.% 至20 wt.% 之間，使得該前導電電極的圖案能夠穩定不擴散變形，且該前導電電極與該太陽能電池基板有較低的接觸阻抗，進而在不含鉛的情況下維持該太陽能電池的製程良率以及光電轉換效率，因此本發明極具進步性及符合申請發明專利的要件，爰依法提出申請，祈鈞局早日賜准專利，實感德便。

10‧‧‧太陽能電池基板
11‧‧‧p型半導體基材
12‧‧‧n型半導體層
20‧‧‧抗反射層
30‧‧‧前導電漿料層
31‧‧‧前導電電極
40‧‧‧後導電漿料層
41‧‧‧後導電電極

圖1，為本發明應用於太陽能電池之結構示意圖。圖2A~2D，為本發明應用於太陽能電池之製程步驟示意圖。

10‧‧‧太陽能電池基板

11‧‧‧p型半導體基材

12‧‧‧n型半導體層

20‧‧‧抗反射層

30‧‧‧前導電漿料層

40‧‧‧後導電漿料層

Claims

一種用於太陽能電池製程之導電漿料，包含：一有機物載體；一分散於該有機物載體內的導電材料；以及一分散於該有機物載體內的玻璃介質，該玻璃介質包含重量百分比介於0.1 wt.% 至20 wt.% 之間的二氧化矽、重量百分比介於20 wt.% 至80 wt.% 之間的二氧化碲、重量百分比介於5 wt.% 至40 wt.% 之間的三氧化二鉍、重量百分比介於0.1 wt.% 至5 wt.% 之間的氧化鋰以及重量百分比介於0.1 wt.% 至20 wt.% 之間的氧化鋅。
如申請專利範圍第1項所述之用於太陽能電池製程之導電漿料，其中該有機物載體之材料選自於乙基纖維素、聚丙烯酸、聚乙烯醇縮丁醛、聚乙烯醇、聚烯烴、聚醯胺、羧酸、油酸、牛脂二胺二油酸鹽、二乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚醋酸酯、酯醇、尼龍酸二甲酯及松油醇所組成的群組。
如申請專利範圍第1項所述之用於太陽能電池製程之導電漿料，其中該導電材料選自於銀、銀氧化物、銀鹽、銅、鈀及鋁所組成之群組。
如申請專利範圍第1項所述之用於太陽能電池製程之導電漿料，其中該有機物載體之重量百分比介於4.9 wt.%至19.9 wt.%之間。
如申請專利範圍第1項所述之用於太陽能電池製程之導電漿料，其中該導電材料之重量百分比介於80 wt.%至95wt.%之間。
如申請專利範圍第1項所述之用於太陽能電池製程之導電漿料，其中該玻璃介質之重量百分比介於0.1 wt.%至10 wt.%之間。