TW201917903A - 用於太陽電池電極的組成物及使用其製作的太陽電池電極 - Google Patents
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Abstract
一種用於太陽電池電極的組成物及一種使用其製作的太陽電池電極。所述用於太陽電池電極的組成物包含：導電粉；玻璃料；以及有機載體，其中所述玻璃料包括包含20 mol%到55 mol%的碲、20 mol%到40 mol%的鋅、0.1 mol%到5 mol%的鍺及20 mol%到40 mol%的鋰的玻璃料。
Description
本發明是有關於一種用於太陽電池電極的組成物及一種使用所述組成物製作的電極。更具體來說，本發明是有關於一種包含特定玻璃料且因此可表現出良好的開路電壓及短路電流以及低串聯電阻、從而在具有提高的黏合力的同時提高太陽電池的效率的用於太陽電池電極的組成物以及一種使用所述組成物製作的電極。 [相關申請的交叉參考]
本申請主張在2017年10月24日在韓國知識產權局提出申請的韓國專利申請10-2017-0138709的權利，所述韓國專利申請的全部公開內容並入本申請供參考。
太陽電池利用將日光的光子轉換成電力的p-n接面（p-n junction）的光生伏打效應（photovoltaic effect）來產生電力。在太陽電池中，分別在具有p-n接面的半導體晶片或基底的上表面及下表面上形成前電極及後電極。然後，由進入半導體晶片的日光誘發p-n接面處的光生伏打效應，且通過p-n接面處的光生伏打效應而產生的電子經由電極向外部提供電流。太陽電池的電極可通過施用電極組成物、對所述電極組成物進行圖案化及烘烤而形成在晶片上。
為提高太陽電池的效率而持續減小射極（emitter）厚度可導致分流（shunting），從而可使太陽電池的性能劣化。另外，太陽電池的面積已逐漸增大以提高太陽電池的效率；然而，這會導致晶片的片電阻（sheet resistance）增大且可造成太陽電池的接觸電阻（contact resistance）增大，從而使太陽電池的效率劣化。
因此，需要一種可在考慮到變化的表面電阻情況下使對p-n接面的不利影響最小化且提高晶片與電極之間的介面處的導電性以降低接觸電阻及線電阻（line resistance）、從而提高太陽電池的效率的用於太陽電池電極的組成物。
本發明的背景技術公開在未經審查的日本專利公開第2015-144162號中。
本發明的一個方面是提供一種表現出良好的開路電壓（open-circuit voltage）及短路電流以及低串聯電阻且因此可提供良好的電性質、從而提高太陽電池的效率的用於太陽電池電極的組成物。
本發明的另一方面是提供一種表現出黏合力提高的用於太陽電池電極的組成物。
本發明的再一方面是提供一種在串聯電阻、開路電壓及短路電流方面表現出良好的性質且因此可提供良好的電性質、從而在表現出黏合力提高的同時提高太陽電池的效率的用於太陽電池電極的組成物。
根據本發明的一個方面，一種用於太陽電池電極的組成物包含：導電粉；玻璃料；以及有機載體，其中所述玻璃料包括可包含20 mol%到55 mol%的碲、20 mol%到40 mol%的鋅、0.1 mol%到5 mol%的鍺及20 mol%到40 mol%的鋰的玻璃料。
根據本發明的另一方面，一種太陽電池電極可使用根據本發明的用於太陽電池電極的組成物製作。
本發明提供一種表現出良好的開路電壓及短路電流以及低串聯電阻且因此可提供良好的電性質、從而提高太陽電池的效率的用於太陽電池電極的組成物。
另外，本發明提供一種表現出黏合力提高的用於太陽電池電極的組成物。
此外，本發明提供一種在串聯電阻、開路電壓及短路電流方面表現出良好的性質且因此可提供良好的電性質、從而在表現出黏合力提高的同時提高太陽電池的效率的用於太陽電池電極的組成物。基於上述，
以下，將參照附圖詳細地闡述本發明的實施例。應理解，本發明可以諸多不同方式來實施，而並非僅限於以下實施例。
根據本發明的一種用於太陽電池電極的組成物是用於太陽電池的前電極的組成物，且包含導電粉、玻璃料以及有機載體，其中所述玻璃料可包括以氧化物含量計包含20 mol%到55 mol%的碲、20 mol%到40 mol%的鋅、0.1 mol%到5 mol%的鍺及20 mol%到40 mol%的鋰的玻璃料。所述玻璃料在玻璃料的碲、鋅、鍺、鋰及其他組分的均勻性方面具有良好的性質。另外，包含所述玻璃料的所述用於太陽電池電極的組成物具有良好的開路電壓及短路電流以及低串聯電阻，且因此可提供良好的電性質，從而在表現出黏合強度提高的同時提高太陽電池的效率。
現在，將更詳細地闡述根據本發明的用於太陽電池電極的組成物的每一組分。導電粉
在一個實施例中，導電粉可包括銀（Ag）粉。銀粉可具有奈米級細微性或微米級細微性。舉例來說，銀粉可具有數十奈米到數百奈米的細微性或數微米到數十微米的粒徑。作為另外一種選擇，銀粉可為具有不同細微性的兩種或更多種類型的銀粉的混合物。
在另一實施例中，導電粉可包含金（Au）、鈀（Pd)、鉑（Pt）、銅（Cu）、鉻（Cr）、鈷（Co）、鋁（Al）、錫（Sn）、鉛（Pb）、鋅（Zn）、鐵（Fe）、銥（Ir）、鋨（Os）、銠（Rh）、鎢（W）、鉬（Mo）、鎳（Ni）等。
作為導電粉，上述材料可單獨使用或以其混合物或者其合金形式使用。優選地，導電粉為銀粉。
導電粉可具有各種顆粒形狀，例如球形狀、薄片形狀或非晶形顆粒形狀，對此並無限制。
優選地，導電粉具有0.1 µm到10 µm、優選地0.5 µm到5 µm的平均粒徑（D50）。在此平均粒徑範圍內，所述組成物可減小太陽電池的接觸電阻及線電阻。平均粒徑（D50）可在經由超聲波作用在25℃下將導電粉分散在異丙醇（isopropyl alcohol，IPA）中達3分鐘之後，利用例如型號1064D（西萊斯有限公司（CILAS Co., Ltd.））來測量。
以用於太陽電池電極的組成物的總重量計，可存在60重量%到95重量%的量的導電粉。在此範圍內，所述組成物可提高太陽電池的轉換效率且可易於製備成膏形式。優選地，以組成物的總重量計，可存在70重量%到90重量%的量的導電粉。玻璃料
玻璃料用於通過在用於太陽電池電極的組成物的烘烤製程期間對減反射層進行刻蝕並對導電粉進行熔融而在射極區中形成導電粉的晶粒。此外，玻璃料會提高導電粉與晶片的黏合力，且在烘烤製程期間被軟化以降低烘烤溫度。
以氧化物含量計，玻璃料可包含20 mol%到55 mol%的碲（Te）、20 mol%到40 mol%的鋅（Zn）、0.1 mol%到5 mol%的鍺（Ge）及20 mol%到40 mol%的鋰（Li）。當碲、鋅、鍺及鋰的量落在這些範圍內時，玻璃料的組分的均勻性可得到提高，且所述組成物在串聯電阻、開路電壓及短路電流方面具有良好的性質，並且因此可提供良好的電性質，從而在表現出黏合力提高的同時提高太陽電池的效率。
優選地，以氧化物含量計，玻璃料中存在20 mol%到55 mol%、優選地30 mol%到50 mol%、更優選地30 mol%到45 mol%的量的碲。在此範圍內，玻璃料可減小接觸電阻及線電阻以改善電性質，從而在提高組成物的黏合力的同時提高太陽電池的效率。
以氧化物含量計，玻璃料中存在20 mol%到40 mol%、優選地20 mol%到30 mol%、更優選地20 mol%到25 mol%的量的鋅。在此範圍內，玻璃料可在串聯電阻、開路電壓及短路電流方面提供良好的性質以改善電性質，從而在提高組成物的黏合力的同時提高太陽電池的效率。
以氧化物含量計，玻璃料中存在0.1 mol%到5 mol%、優選地0.5 mol%到4 mol%的量的鍺。在此範圍內，玻璃料的組分的均勻性可得到提高。
以氧化物含量計，玻璃料中存在20 mol%到40 mol%、優選地20 mol%到30 mol%的量的鋰。在此範圍內，玻璃料可在串聯電阻、開路電壓及短路電流方面提供良好的性質以改善電性質，從而在提高組成物的黏合力的同時提高太陽電池的效率。
玻璃料可為不含鉛（Pb）的玻璃料。不含鉛的玻璃料在生態友好性方面為有利的。
在一個實施例中，玻璃料可為包含元素碲、鋅、鍺及鋰的Te-Zn-Ge-Li-O玻璃料。優選地，Te-Zn-Ge-Li-O玻璃料包含20 mol%到55 mol%的碲、20 mol%到40 mol%的鋅、0.1 mol%到5 mol%的鍺及20 mol%到40 mol%的鋰。當元素金屬的量落在這些範圍內時，玻璃料可在接觸電阻及線電阻方面提供良好的性質。
玻璃料除碲、鋅、鍺及鋰以外還可包含金屬及/或金屬氧化物。舉例來說，玻璃料還可包含選自由以下組成的群組的至少一者：硼（B）、鉍（Bi）、鎂（Mg）、鎢（W）、磷（P）、鎵（Ga）、鈰（Ce）、鐵（Fe）、矽（Si）、銫（Cs）、鍶（Sr）、鉬（Mo）、鈦（Ti）、錫（Sn）、銦（In）、釩（V）、鋇（Ba）、鎳（Ni）、銅（Cu）、鈉（Na）、鉀（K）、砷（As）、鈷（Co）、鋯（Zr）、錳（Mn）、鋁（Al）及其氧化物。
在一個實施例中，玻璃料可為除碲、鋅、鍺及鋰以外還包含硼、鉍、鎂及鎢中的至少一種金屬/金屬氧化物的玻璃料。
舉例來說，玻璃料可為包含元素碲、鋅、鍺、鋰、硼、鎂及鎢的Te-Zn-Ge-Li-B-Mg-W-O玻璃料。優選地，Te-Zn-Ge-Li-B-Mg-W-O玻璃料包含20 mol%到55 mol%的碲、20 mol%到40 mol%的鋅、0.1 mol%到5 mol%的鍺、20 mol%到40 mol%的鋰、0.01 mol%到10 mol%的硼、1 mol%到10 mol%的鎂及0.01 mol%到10 mol%的鎢。當元素金屬的量落在這些範圍內時，玻璃料可在接觸電阻及線電阻方面提供良好的性質。
舉例來說，玻璃料可為包含元素碲、鋅、鍺、鋰、硼、鉍、鎂及鎢的Te-Zn-Ge-Li-B-Bi-Mg-W-O玻璃料。優選地，Te-Zn-Ge-Li-B-Bi-Mg-W-O玻璃料包含20 mol%到55 mol%的碲、20 mol%到40 mol%的鋅、0.1 mol%到5 mol%的鍺、20 mol%到40 mol%的鋰、0.01 mol%到10 mol%、優選地1 mol%到10 mol%的硼、0.01 mol%到10 mol%、優選地0.01 mol%到1 mol%的鉍、1 mol%到10 mol%的鎂及0.01 mol%到10 mol%、優選地1 mol%到10 mol%的鎢。當元素金屬的量落在這些範圍內時，玻璃料可線上電阻方面提供良好的性質。
以氧化物含量計，玻璃料可包含總計為40 mol%到60 mol%、優選地40 mol%到50 mol%的鋅及鋰。在此範圍內，玻璃料可在提高組成物的黏合力的同時線上電阻方面提供良好的性質。
玻璃料的形狀及大小無特別限制。舉例來說，玻璃料可具有0.1 µm到10 µm的平均粒徑（D50）。另外，玻璃料可具有球形狀或非晶形狀。本文中，“平均粒徑（D50）”可在經由超聲波作用在25℃下將玻璃料分散在異丙醇（IPA）中達3分鐘之後，利用例如型號1064D（西萊斯有限公司）來測量。優選地，玻璃料具有0.5 µm到10 µm、尤其是0.5 µm到2.0 µm的平均粒徑（D50）。
可通過所屬領域中已知的任何典型方法由氧化碲、氧化鋅、氧化鍺、氧化鋰及視需要金屬及/或金屬氧化物來製備玻璃料。舉例來說，可通過以下方式來製備玻璃料：利用球磨機（ball mill）或行星式磨機（planetary mill）將氧化碲、氧化鋅、氧化鍺、氧化鋰及視需要金屬及/或金屬氧化物進行混合，在800℃到1300℃下對此混合物進行熔融，並將經熔融混合物淬火到25℃，然後利用盤磨機（disk mill）、行星式磨機或類似磨機將所獲得的產物粉碎。
以用於太陽電池電極的組成物的總重量計，可存在0.1重量%到20重量%、具體來說0.5重量%到15重量%、0.8重量%到15重量%、0.5重量%到1.5重量%或0.8重量%到2.5重量%的量的玻璃料。在此範圍內，玻璃料可在串聯電阻、開路電壓及短路電流方面提供良好的性質以改善組成物的電性質，從而在提高組成物的黏合力的同時提高太陽電池的效率。有機載體
有機載體通過與組成物的無機組分進行機械混合而對所述組成物賦予適合於印刷的合適的黏度及流變特性以用於太陽電池電極。
有機載體可為用於太陽電池電極的組成物中所使用的任何典型有機載體，且可包含黏合劑樹脂、溶劑等。
黏合劑樹脂可選自丙烯酸酯樹脂或纖維素樹脂。一般使用乙基纖維素作為所述黏合劑樹脂。另外，黏合劑樹脂可選自乙基羥乙基纖維素、硝基纖維素、乙基纖維素與酚樹脂的摻合物、醇酸樹脂、酚樹脂、丙烯酸酯樹脂、二甲苯樹脂、聚丁烷樹脂（polybutaneresin）、聚酯樹脂、脲樹脂、三聚氰胺樹脂、乙酸乙烯酯樹脂、木松香、醇的聚甲基丙烯酸酯等。
溶劑可選自由以下組成的群組：例如，己烷、甲苯、乙基溶纖劑、環己酮、丁基溶纖劑、丁基卡必醇（二乙二醇單丁醚）、二丁基卡必醇（二乙二醇二丁醚）、丁基卡必醇乙酸酯（二乙二醇單丁醚乙酸酯）、丙二醇單甲醚、己二醇、萜品醇、甲基乙基酮、苯甲醇、γ-丁內酯及乳酸乙酯。這些溶劑可單獨使用或以其混合物形式使用。
用於太陽電池電極的組成物可包含餘量的有機載體。優選地，以所述組成物的總重量計，存在1重量%到30重量%的量的有機載體。在此範圍內，有機載體可對所述組成物提供足夠的黏合強度及良好的可印刷性。添加劑
根據本發明的用於太陽電池電極的組成物視需要還可包含任何典型添加劑以增強流動性、製程性質及穩定性。添加劑可包括分散劑、觸變劑、塑化劑、黏度穩定劑、消泡劑、顏料、紫外線穩定劑、抗氧化劑、偶合劑等。這些添加劑可單獨使用或以其混合物形式使用。以用於太陽電池電極的組成物的總重量計，可存在0.1重量%到5重量%的量的添加劑，但所述添加劑的含量可視需要進行改變。
太陽電池電極及包括所述太陽電池電極的太陽電池。
本發明的其他方面涉及一種由用於太陽電池電極的組成物形成的電極以及包括所述電極的太陽電池。圖1示出根據本發明的一個實施例的太陽電池。
參照圖1，根據本發明的太陽電池100包括後電極21及前電極23，後電極21及前電極23是通過以下方式來形成：將用於電極的組成物印刷在晶片10上或包括p層11（或n層）及n層12（或p層）作為射極的基底上，然後進行烘烤。舉例來說，通過以下方式來執行製備後電極的初步製程：將組成物印刷在晶片的背面上且在約200℃到約400℃下將經印刷組成物乾燥約10秒到60秒。另外，可通過將組成物印刷在晶片的前表面上且對經印刷組成物進行乾燥來執行用於製備前電極的初步製程。接著，可通過將晶片在約400℃到約950℃下、優選地在約700℃到約950℃下烘烤約30秒到210秒來形成前電極23及後電極21。
接下來，將參照實例更詳細地闡述本發明。然而，應注意，提供這些實例僅用於說明，而不應理解為以任何方式限制本發明。
在實例及比較例中所使用的玻璃料的詳細內容示於表1中。
表1 實例 1
作為有機黏合劑，在60℃下將2.0重量份的乙基纖維素（STD4，陶氏化學公司（Dow Chemical Company））充分溶解在6.75重量份的萜品醇中，且向此黏合劑溶液中添加了90.0重量份的平均粒徑為2.0 µm的球形銀粉（AG-4-8，同和高級技術有限公司（Dowa Hightech Co., Ltd.））及1.25重量份的表1所示玻璃料A，然後在3輥捏合機中進行混合及捏合，從而製備用於太陽電池電極的組成物。實例 2 到實例 8
除了將玻璃料的種類改變為如表2所列以外，以與實例1相同的方式製備了用於太陽電池電極的組成物。
比較例1到比較例8
除了將玻璃料的種類改變為如表2所列以外，以與實例1相同的方式製備了用於太陽電池電極的組成物。
使用在實例及比較例中製備的用於太陽電池電極的組成物中的每一者製作了太陽電池，且接著針對以下性質進行了評價。結果示出於表2中。太陽電池的製作
通過以預定圖案進行網版印刷、然後在紅外線（Infrared，IR）乾燥爐中在300℃下乾燥1分鐘而將在實例以及比較例中製備的用於太陽電池電極的組成物中的每一者沉積在晶片（通過對摻雜有硼（B）的p型晶片的前表面進行紋理化、在紋理化表面上形成POCl3
的n+層、並在n+層上形成由氮化矽（SiNx:H）形成的減反射膜而製備的多晶晶片）的前表面之上。以預定圖案對多晶晶片（通過在硼（B）摻雜p型晶片的前表面上將在實例及比較例中製備的用於太陽電池電極的組成物中的每一者紋理化且形成POCl3
的n+層以及在n+層的頂部上形成氮化矽（NiNx:H）的減反射膜而製備）的前表面進行了網版印刷，且利用紅外線乾燥爐將此晶片在300℃下乾燥了1分鐘。然後，將鋁膏印刷在晶片的背面上，且以與上述相同的方式對晶片進行了乾燥，從而形成指狀電極圖案以及匯流排電極圖案。將根據此程式形成的電池在帶型烘烤爐（belt-type baking furnace）中在940℃的溫度下烘烤了50秒，從而製作太陽電池。
（1）電性質：利用太陽電池效率測試儀（H.A.L.M電子公司（H.A.L.M Electronic.））針對短路電流（Isc，單位：A）、開路電壓（Voc，單位：mV）、串聯電阻（Rs，單位：Ω）、分流電阻（Rsh，單位：Ω）、填充因數（FF，單位：%）及轉換效率（Eff，單位：%）對所製作的太陽電池中的每一者進行了評價。
（2）黏合強度：利用焊鐵（FX-838，白光有限公司（Hakko Co., Ltd.））在約360℃下對所製作的太陽電池中的每一者的匯流條（bus bar）施加助焊劑（BON-102，邦可有限公司（BONKOTE Co., Ltd.））且結合到Sn/Pb帶（TM-A，華光達技術有限公司（Huaguangda Technology Co., Ltd.））。然後，利用拉伸測試儀（H5KT，英斯特朗有限公司（Instron Co., Ltd.））在180°的剝離角度下針對黏合強度（單位：N/mm）對經結合的帶進行了評價。
表2
如表2所示，可以看到，根據本發明的用於太陽電池電極的組成物在短路電流（Isc，單位：A）、開路電壓（Voc，單位：mV）及串聯電阻（Rs，單位：Ω）方面表現出性質改善，從而提供高轉換效率值。另外，根據本發明的用於太陽電池電極的組成物使得在烘烤時能夠在電極與晶片之間形成均勻的介面，且因此可表現出良好的黏合。
應理解，在不背離本發明的精神及範圍條件下，所屬領域中的技術人員可作出各種修改、改變、變更及等效實施例。
10‧‧‧晶片
11‧‧‧p層
12‧‧‧n層
21‧‧‧後電極
23‧‧‧前電極
100‧‧‧太陽電池
R‧‧‧電阻器
圖1為根據本發明的一個實施例的太陽電池的示意圖。
Claims (9)
- 一種用於太陽電池電極的組成物，包括： 導電粉； 玻璃料；以及 有機載體， 其中所述玻璃料包括包含20 mol%到55 mol%的碲、20 mol%到40 mol%的鋅、0.1 mol%到5 mol%的鍺及20 mol%到40 mol%的鋰的玻璃料。
- 如申請專利範圍第1項所述的組成物，其中所述玻璃料是Te-Zn-Ge-Li-O玻璃料，所述Te-Zn-Ge-Li-O玻璃料包含20 mol%到55 mol%的碲、20 mol%到40 mol%的鋅、0.1 mol%到5 mol%的鍺及20 mol%到40 mol%的鋰。
- 如申請專利範圍第1項所述的組成物，其中所述玻璃料還包含選自由以下組成的群組的至少一者：硼（B）、鉍（Bi）、鎂（Mg）、鎢（W）、磷（P）、鎵（Ga）、鈰（Ce）、鐵（Fe）、矽（Si）、銫（Cs）、鍶（Sr）、鉬（Mo）、鈦（Ti）、錫（Sn）、銦（In）、釩（V）、鋇（Ba）、鎳（Ni）、銅（Cu）、鈉（Na）、鉀（K）、砷（As）、鈷（Co）、鋯（Zr）、錳（Mn）、鋁（Al）及其氧化物。
- 如申請專利範圍第1項所述的組成物，其中所述玻璃料是Te-Zn-Ge-Li-B-Mg-W-O玻璃料，所述Te-Zn-Ge-Li-B-Mg-W-O玻璃料包含20 mol%到55 mol%的碲、20 mol%到40 mol%的鋅、0.1 mol%到5 mol%的鍺、20 mol%到40 mol%的鋰、0.01 mol%到10 mol%的硼、1 mol%到10 mol%的鎂及0.01 mol%到10 mol%的鎢。
- 如申請專利範圍第1項所述的組成物，其中所述玻璃料是Te-Zn-Ge-Li-B-Bi-Mg-W-O玻璃料，所述Te-Zn-Ge-Li-B-Bi-Mg-W-O玻璃料包含20 mol%到55 mol%的碲、20 mol%到40 mol%的鋅、0.1 mol%到5 mol%的鍺、20 mol%到40 mol%的鋰、0.01 mol%到10 mol%的硼、0.01 mol%到10 mol%的鉍、1 mol%到10 mol%的鎂及0.01 mol%到10 mol%的鎢。
- 如申請專利範圍第1項所述的組成物，其中以氧化物含量計，所述玻璃料包含總計為40 mol%到60 mol%的鋅及鋰。
- 如申請專利範圍第1項所述的組成物，包括： 60重量%到95重量%的所述導電粉； 0.1重量%到20重量%的所述玻璃料；以及 餘量的所述有機載體。
- 如申請專利範圍第1項所述的組成物，更包括： 選自由分散劑、觸變劑、塑化劑、黏度穩定劑、消泡劑、顏料、紫外線穩定劑、抗氧化劑及偶合劑組成的群組的至少一種添加劑。
- 一種太陽電池電極，使用如申請專利範圍第1項到第8項中任一項所述的用於太陽電池電極的組成物來製作。
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