TW201932547A - 太陽能電池電極用漿料組合物以及利用上述漿料組合物製造的太陽能電池 - Google Patents

太陽能電池電極用漿料組合物以及利用上述漿料組合物製造的太陽能電池 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種太陽能電池電極用漿料組合物,其包含導電金屬粉末、玻璃熔塊以及有機載體,導電金屬粉末包括位於外表面上的至少二表面處理部,至少二表面處理部中的一個為矽油。

Description

太陽能電池電極用漿料組合物以及利用上述漿料組合物製造的太陽能電池
本發明涉及一種太陽能電池電極用漿料組合物以及利用其製造的太陽能電池。
此處將提供與本公開相關的背景技術,但這並不一定意味著習知技術。
太陽能電池(solar cell)是用於將太陽能轉換成電能的半導體元件,通常採用p-n結形態,其基本結構與二極體相同。
第1圖為一般的太陽能電池元件的結構,太陽能電池元件通常利用厚度為160~250㎛的p型矽半導體基板構成。在矽半導體基板的受光面一側,形成有厚度為0.3~0.6㎛的n型摻雜層和位於其上方的反射防止膜以及正面電極。此外,在p型半導體基板的背面一側形成有背面電極。正面電極是利用由主成分為銀的導電粒子、玻璃熔塊以及有機載體等混合而得的導電漿料通過絲網印刷等方法形成電極,而背面電極是將由鋁粉末、玻璃熔塊以及有機載體(organic vehicle)構成的鋁漿料組合物通過如絲網印刷等進行塗布和乾燥之後在660(鋁的熔點)以上的溫度下的以燒成方式形成。在上述燒成過程中,鋁將被擴散到p型矽半導體基板的內部,從而在背面電極與p型矽半導體基板之間形成Al-Si合金層的同時作為鋁原子擴散的摻雜層而形成p+層。借助於如上所述的p+層能夠防止電子的再結合,並實現可提升對所生成的載子的收集效率的背電場(Back Surface Field,BSF)效果。在背面鋁電極的下部,還能夠配備背面銀電極。
此外,在燒成時正面電極中的反射防止膜將通過玻璃熔塊粉末的氧化還原反應而發生浸析,同時將以玻璃熔塊粉末內的導電粉末結晶析出到基板表面的形態析出導電金屬結晶顆粒,從而使上述所析出的金屬結晶顆粒能夠在導電正面電極與矽基板之間起到橋接作用,且能夠根據玻璃熔塊粉末的厚度呈現出隧道效果或根據與導電電極的直接黏接而呈現出接觸效果。
太陽能電池的正面電極通常是利用如絲網印刷等印刷方法形成電極圖案。但是,當漿料的滑移性不良時,可能會因為漿料在印刷過程中無法順利地穿過絲網印刷網而導致無法形成所設計的電極圖案且印刷圖案坑坑窪窪不均勻的問題。尤其是在需要形成微細線寬時會導致斷路或電阻大幅增加的問題,因此漿料的滑移性是非常重要的要素。
為了提升漿料的滑移性,可以考慮向漿料添加矽油。但是,因為矽油與有機溶劑等有機載體的相容性交叉且會出現相分離現象,因此會破壞漿料的均勻性並降低儲藏的穩定性,從而使得實際使用變得非常困難。為瞭解決如上所述的問題,能夠採用通過在矽油中導入包含環氧乙烷(Ethylene Oxide, EO)基、環氧丙烷(Propylene Oxide, PO)基的聚醚基而進行改性的方法,但卻會導致滑移性下降的問題。
本發明的目的在於提供一種既能夠解決使用矽油時的相分離問題,還能夠通過顯著改善其滑移性而實現微細線寬的太陽能電池電極用漿料組合物以及高效率太陽能電池。
但是,本發明的目的並不限定於如上所述的目的,所屬技術領域中具有通常知識者將能夠通過下述記載進一步明確理解未被提及的其他目的。
為了解決前述問題, 本發明提供一種太陽能電池電極用漿料組合物,其包括導電金屬粉末、玻璃熔塊以及有機載體,導電金屬粉末包括位於外表面上的至少兩個表面處理部,至少兩個表面處理部中的一個為矽油。
較佳地,矽油與有機載體相互為非相容性。
較佳地,至少二表面處理部中的一個為脂肪酸或脂肪酸鹽,脂肪酸或脂肪酸鹽中的一部分或全部位於導電金屬粉末與矽油之間。
較佳地,脂肪酸或脂肪酸鹽的碳原子數在14至20個的範圍之內。
較佳地,脂肪酸或脂肪酸鹽與導電金屬粉末之間,還包括表面處理部,表面處理部包含從由芳香醇磷酸酯(Aromatic alcohol phosphate)、脂肪醇磷酸酯(Fatty alcohol phosphate)、二烴基磺基琥珀酸酯(Dialkyl sulfosuccinate)以及多肽(Polypeptide)構成的組中選擇的某一種以上。
較佳地,至少二表面處理部中的一個為脂肪胺且其中的一部分或全部位於導電金屬粉末與矽油之間。
較佳地,脂肪胺的碳原子數在14至20個的範圍之內。
較佳地,在脂肪胺與核心之間,還包括表面處理部,該表面處理部包含烷基硫酸鹽(alkyl sulfate)、乙氧基烷基硫酸鹽(ethoxylated alkyl sulfate)、烷基甘油基醚磺酸鹽(alkyl glyceryl ether sulfonate)、烷基乙氧基醚磺酸鹽(alkyl ethoxy ether sulfonate)、醯基甲基牛磺酸鹽(acyl methyl taurate)、脂肪醯基甘氨酸鹽(fatty acyl glycinate)、烷基乙氧基羧酸鹽(alkyl ethoxy carboxylate)、醯基谷氨酸鹽(acyl glutamate)、醯基羥乙基磺酸鹽(acyl isethionate)、烷基磺基琥珀酸鹽(alkyl sulfosuccinate)、烷基乙氧基磺基琥珀酸鹽(alkyl ethoxy sulfosuccinate)、烷基磷酸酯(alkyl phosphate ester)、醯基肌氨酸鹽(acyl carcosinate)、醯基天冬氨酸鹽(acyl aspartate)、烷氧基醯基醯胺羧酸鹽(alkoxy acyl amide carboxylate)、醯基乙烯基二胺三乙酸鹽(acyl ethylene diamine triacetate)、醯基羥乙基羥乙基磺酸鹽(acyl hydroxyethyl isethionate)以及上述之混合物。
較佳地,矽油的含量為0.1wt%至2wt%。
為了解決前述問題,本發明提供一種太陽能電池電極用漿料組合物,其包括導電金屬粉末、玻璃熔塊以及有機載體,導電金屬粉末為經過第一次表面處理的粉末,矽油被塗佈到經過第一次表面處理的導電金屬粉末,從而不會呈現出與有機載體的相分離。
較佳地,利用漩渦混合器(vertex mixer)對10g的太陽能電池電極用漿料組合物與8g的乙醇進行5分鐘的混合並放置30分鐘時,不會出現矽油與乙醇的相分離或只出現矽油整體含量中的5wt%以下的相分離。
一種太陽能電池電極用漿料組合物的製造方法,其包括:(1)製備出經過表面處理的導電金屬粉末。(2)對經過表面處理的導電金屬粉末、玻璃熔塊以及有機載體進行混合。其中,在製備出經過表面處理的導電金屬粉末的步驟中,其包括:(1)在導電金屬粉末中形成第一表面處理部。(2)利用矽油形成第二表面處理部。
較佳地,第一表面處理部包含碳原子數在14至20個的範圍內的脂肪酸、脂肪酸鹽或脂肪胺。
較佳地,於利用矽油形成第二表面處理部的步驟中,在將形成有第一表面處理部的導電金屬粉末與有機溶劑進行混合之後,添加矽油而形成第二表面處理部。
一種太陽能電池,其包括:在基板的上部配備正面電極並在基板的下部配備背面電極的太陽能電池中,正面電極通過塗佈如請求項1至請求項11中的某一項所述的太陽能電池電極用漿料組合物之後進行燒成而製造。
具有如上所述的結構特徵的本發明,提供一種既能夠解決使用矽油時的相分離問題,還能夠通過顯著改善其滑移性而實現微細線寬的太陽能電池電極用漿料組合物以及高效率太陽能電池。更詳細的效果將在後續的實施例中進行詳細的說明。
本發明之優點、特徵以及達到之技術方法將參照例示性實施例及所附圖式進行更詳細地描述而更容易理解,且本發明可以不同形式來實現,故不應被理解僅限於此處所陳述的實施例,相反地,對所屬技術領域具有通常知識者而言,所提供的實施例將使本揭露更加透徹與全面且完整地傳達本發明的範疇,且本發明將僅為所附加的申請專利範圍所定義。
在對本發明進行詳細的說明之前需要理解的是,在本說明書中所使用的術語只是為了對特定的實施例進行描述,本發明的範圍並不因為所使用的術語而受到限定,本發明的範圍應僅通過所附的申請權利範圍做出定義。除非另有明確的說明,否則在本說明書中所使用的所有技術術語以及科學術語的含義與具有一般知識的人員所普遍理解的含義相同。
在整個本說明書以及申請權利範圍中,除非另有明確的說明,否則術語“包含(comprise,comprises,comprising)”表示包含所提及的物件、步驟或一系列的物件以及步驟,但並不代表排除其他任何物件、步驟或一系列物件或一系列步驟存在的可能性。
此外,除非另有明確的相反說明,否則本發明的各個實施例能夠與其他某些實施例結合。尤其是被記載為較佳或有利的某個特徵,也能夠與被記載為較佳或有利的其他某個特徵以及某些特徵結合。
接下來,將結合附圖以及實施例對本發明進行更為詳細的說明。下述內容只是用於對本發明的具體一實例進行說明,即使包含確定性以及限定性的內容,也並不應理解為是對發明申請專利範圍做出的限定。
本發明一實施例的太陽能電池電極用漿料組合物,其包含導電金屬粉末、玻璃熔塊以及有機載體,導電金屬粉末包括導電金屬核心以及位於導電金屬核心的外表面上的至少兩個以上的表面處理部,至少兩個以上的表面處理部中的一個為矽油。
本發明人瞭解,在將矽油作為導電漿料的成分進行使用時,能夠通過改善漿料的滑移性而提升印刷性能並借此更加輕易地實現微細線寬。但是,矽油是一種與水的相容性較差且與有機溶劑的相容性同樣較差的材料,很難實現均勻的分散,尤其是因為呈現出與導電漿料中所使用的有機載體的非相容性而在使用方面受到諸多制約,會導致太陽能電池的特性下降的問題。
本發明人通過劃時代地改善矽油的非相容性問題而使其能夠作為導電漿料的成分進行使用,從而大幅度地改善了滑移性和微細線寬的實現性並提升了太陽能電池的特性。
接下來,將對各個成分進行具體說明。
<導電金屬粉末>
能夠使用銀粉末、銅粉末、鎳粉末或鋁粉末等作為導電金屬粉末,正面電極時主要使用銀粉末,而背面電極主要使用鋁粉末。接下來為了說明的便利,將以銀粉末為例對導電金屬材料進行說明。下述說明能夠同樣適用於其他金屬粉末。
銀粉末使用純銀粉末為宜,也能夠使用至少其表面由銀構成的鍍銀複合粉末或將銀作為主成分的合金等。此外,還能夠混合其他金屬粉末進行使用。例如,能夠使用如鋁、金、鈀、銅或鎳等。銀粉末的平均粒徑能夠是0.1 ~ 10㎛,而在考慮到漿料化的簡易性以及燒成時的緻密度的情況下為0.5 ~ 5㎛為宜,其形狀能夠是球狀、針狀、板狀以及非特定形狀中的至少一種以上。銀粉末也能夠對平均粒徑或細微性分佈以及形狀等不同的2種以上的粉末進行混合使用。在考慮到印刷時所形成的電極的厚度以及電極的線性電阻的情況下,銀粉末的含量佔電極用漿料組合物的總重量的60 wt%至98wt%為宜。
上述導電金屬粉末能夠包括至少兩個以上的表面處理部。上述表面處理部中的一個為矽油。通過利用矽油對導電金屬粉末的表面中的全部或一部分進行處理,能夠大幅度地改善漿料的滑移性。
較佳地,上述兩個以上的表面處理部中的一個為脂肪酸或脂肪酸鹽,上述脂肪酸或脂肪酸鹽中的一部分或全部位於導電金屬核心與矽油之間為宜。此外,還能夠利用脂肪胺替代脂肪酸或脂肪酸鹽。為了能夠進一步提升本發明的效果,上述脂肪酸、脂肪酸鹽或脂肪胺的碳原子數在14至20個的範圍內為宜。通過將脂肪酸、脂肪酸鹽或脂肪胺作為媒介,能夠進一步改善矽油的相容性並防止相分離,進而還能夠改善銀粉末的燒結特性並降低電極的比電阻。
接下來,將對利用脂肪酸或脂肪酸鹽對導電金屬粉末進行第一次表面處理的方法進行說明。
在將導電金屬粉末分散到其2倍至5倍質量的溶劑中之後,添加包含脂肪酸或脂肪酸鹽的醇溶液並進行攪拌,接下來通過對其進行過濾、清洗以及乾燥而完成利用脂肪酸或脂肪酸鹽進行的第1次表面處理。此時,能夠使用相對於溶液的整體重量以5 wt%至20 wt%的含量溶解有脂肪酸或脂肪酸鹽的醇溶液,作為醇能夠使用甲醇、乙醇、正丙醇、苯甲醇或松油醇(Terpineol)等,較佳地能夠使用乙醇。
向分散有導電金屬粉末的溶液中投入包含脂肪酸或脂肪酸鹽的醇溶液,接下來利用攪拌器以2000rpm至5000 rpm進行10至30分鐘的攪拌,從而完成表面處理。相對於100wt%的導電金屬粉末,能夠混合使用佔其0.1 wt%至1.0 wt%的脂肪酸或脂肪酸鹽。當混合的脂肪酸或脂肪酸鹽含量小於0.1 wt%時,因為吸附在導電金屬粉末表面的表面處理劑的量過少,而造成粉末之間的凝聚現象,並因此導致矽油的相容性改善效果的不足;而當混合的脂肪酸或脂肪酸鹽含量大於1.0wt%時,因為過量的表面處理劑吸附在導電金屬粉末表面,而導致所製造出的電極的電導性下降的問題。
作為上述脂肪酸的實例,包括從由月桂酸(lauric acid)、肉豆蔻酸(myristic acid)、棕櫚酸(palmitic acid)、硬脂酸(Stearic Acid)、山崳酸(behenic acid)、油酸(oleic acid)、亞油酸(linolic acid)以及花生四烯酸(arachidonic acid)構成的組中選擇的至少1種以上。較佳地,碳原子數為14至20個的脂肪酸為宜,尤其使用硬脂酸或油酸為宜。
上述脂肪酸鹽包括上述脂肪酸與氫氧化鈣(calcium hydroxide)、氫氧化鈉(sodium hydroxide)、氨(ammonia)、甲胺(methylamine)、二甲胺(dimethylamine)、三甲胺(trimethylamine)、乙胺(ethylamine)、二乙胺(diethylamine)、三乙胺(triethylamine)、乙醇胺(ethanolamine)、二乙醇胺(diethanolamine)或三乙醇胺(triethanolamine)形成鹽的脂肪酸鹽。較佳地,碳原子數為2至14個的脂肪酸鹽為宜,尤其使用脂肪酸或油酸與氨水形成鹽的硬脂酸銨(ammonium stearate)或油酸銨(ammonium oleate)為宜。
此外,為了確保利用脂肪酸或脂肪酸鹽的表面處理的順利進行,能夠預先利用陰離子表面活性劑對導電金屬粉末進行表面處理。具體而言,在將導電金屬粉末分散到溶劑之後,投入陰離子表面活性劑於其中並以混合的方式進行表面處理。作為陰離子表面活性劑的較佳實例,包含從由芳香醇磷酸酯(Aromatic alcohol phosphate)、脂肪醇磷酸酯(Fatty alcohol phosphate)、二烴基磺基琥珀酸酯(Dialkyl sulfosuccinate)以及多肽(Polypeptide)構成的組中選擇的某1種以上;較佳地,包含脂肪醇磷酸酯的陰離子表面活性劑為宜。作為溶劑能夠使用如水、乙醇、異丙醇、乙二醇己醚、二乙二醇、丁醚、丙二醇或丙醚等;較佳地,使用水作為溶劑為宜。此時,相對於100wt%的導電金屬粉末,能夠混合使用佔其0.1wt%至2wt%的陰離子表面活性劑。當混合的含量小於0.1wt%時,因為吸附在銀粉末表面的表面處理劑的量過少,而導致利用脂肪酸以及脂肪酸鹽的表面處理的不充分;當混合的含量大於2wt%時,會因為過量的表面處理劑吸附在銀粉末表面而導致所製造出的電極的電導性下降的問題。
接下來,將對利用脂肪胺替代脂肪酸或脂肪酸鹽,而對導電金屬粉末進行第一次表面處理的方法進行說明。
將導電金屬粉末投入到脂肪胺之重量百分濃度為10 wt%至15 wt%的醇溶液並進行攪拌,而利用脂肪胺對導電金屬粉末進行第一次表面處理。能夠使用如甲醇、乙醇、正丙醇、苯甲醇或松油醇(Terpineol)等作為醇溶劑,較佳地,使用乙醇作為醇溶劑為宜。
相對於100wt%的導電金屬粉末,能夠混合使用佔其0.1wt%至1.0wt%的脂肪胺。當脂肪胺的混合含量小於0.1wt%時,因為表面處理量的不足,而導致效果不佳的問題;當脂肪胺的混合含量大於1.0wt%時,因為殘留的表面處理劑,而導致電氣特性下降的問題。
上述脂肪胺包含三乙胺(Triethylamine)、庚胺(Heptylamine)、十八胺(Octadecylamine)、十六胺(Hexadecylamine)、癸胺(Decylamine)、辛胺(Octylamine)、二癸胺(Didecylamine)或三辛胺(Trioctylamine),較佳地,使用碳原子數為14至20個的脂肪胺為宜。當使用碳原子數小於14個的烷基胺時,會導致效果不佳的問題;當使用碳原子數大於20個的烷基胺時,會導致難以溶解於溶劑且表面處理不足的問題。
此外,為了確保利用脂肪胺的表面處理的順利進行,能夠預先對導電金屬粉末進行表面處理,能夠相對於100wt%的導電金屬粉末,使用佔其0.1wt%至1.0wt%的表面處理劑。當表面處理劑的含量小於0.1wt%時,會導致表面處理不完全的問題;而當表面處理劑的含量大於1.0wt%時,會因為有機物的殘留,而導致對漿料特性造成影響或對電氣特性造成影響的問題。作為表面處理劑的一實例,包含烷基硫酸鹽(alkyl sulfate)、乙氧基烷基硫酸鹽(ethoxylated alkyl sulfate)、烷基甘油基醚磺酸鹽(alkyl glyceryl ether sulfonate)、烷基乙氧基醚磺酸鹽(alkyl ethoxy ether sulfonate)、醯基甲基牛磺酸鹽(acyl methyl taurate)、脂肪醯基甘氨酸鹽(fatty acyl glycinate)、烷基乙氧基羧酸鹽(alkyl ethoxy carboxylate)、醯基谷氨酸鹽(acyl glutamate)、醯基羥乙基磺酸鹽(acyl isethionate)、烷基磺基琥珀酸鹽(alkyl sulfosuccinate)、烷基乙氧基磺基琥珀酸鹽(alkyl ethoxy sulfosuccinate)、烷基磷酸酯(alkyl phosphate ester)、醯基肌氨酸鹽(acyl carcosinate)、醯基天冬氨酸鹽(acyl aspartate)、烷氧基醯基醯胺羧酸鹽(alkoxy acyl amide carboxylate)、醯基乙烯基二胺三乙酸鹽(acyl ethylene diamine triacetate)、醯基羥乙基羥乙基磺酸鹽(acyl hydroxyethyl isethionate)以及上述之混合物。較佳地,使用磷酸鹽類物質為宜,更較佳地使用磷酸酯為宜。
對於通過如上所述的方式利用脂肪酸、脂肪酸鹽或脂肪胺進行第一次表面處理之後的導電金屬粉末,利用矽油進行第二次表面處理。矽油的種類不受限制,其可為如聚二甲基矽氧烷等聚矽氧烷,而在考慮到滑移性時使用非改性聚矽氧烷油當做矽油為宜。
表面處理的方法不受限制,較佳地,能夠在將經過第一次表面處理的導電金屬粉末與有機溶劑混合之後,添加矽油並進行攪拌,從而在導電金屬粉末中形成第二表面處理部。矽油的最終表面處理量不受限制,能夠相對於100wt%的導電金屬粉末,利用佔其0.1wt%至5wt%的矽油進行表面處理;較佳地,利用矽油含量為0.5wt%至2wt%的導電金屬粉末進行表面處理。當小於上述範圍時,會導致滑移性的下降,而當大於上述範圍時,可能會導致電氣特性的下降。
上述有機溶劑能夠是在導電漿料中使用的有機溶劑。在利用矽油進行表面處理之後再對有機溶劑進行去除,即可獲得經過表面處理的導電金屬粉末。
此外,也能夠在將經過第一次表面處理的導電金屬粉末與需要在導電漿料中使用的有機溶劑分別按照漿料中的添加含量進行混合之後添加矽油而進行表面處理,從而在不對有機溶劑進行去除的情況下添加如玻璃熔塊、有機載體等漿料的其他成分而製造出導電漿料。
<有機載體>
有機載體不受限制,其可包含有機黏接劑及溶劑等。有時能夠省略溶劑。有機載體的含量不受限制,但以電極用漿料組合物的總重量為基準包含1 ~ 10wt%為宜。
在本發明實施例的電極用漿料組合物中所使用的黏接劑不受限制,以纖維素酯類化合物作為黏接劑的實例包括乙酸纖維素以及乙酸丁酸纖維素等,以纖維素醚類化合物作為黏接劑的實例包括乙基纖維素、甲基纖維素、羥丙基纖維素、羥乙基纖維素、羥丙基甲基纖維素以及羥乙基甲基纖維素等,以丙烯酸類化合物作為黏接劑的實例包括聚丙烯醯胺、聚甲基丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯以及聚甲基丙烯酸乙酯等,以乙烯類作為黏接劑的實例包括聚乙烯醇縮丁醛、聚乙酸乙烯酯以及聚乙烯醇等。能夠從上述黏接劑中選擇使用至少1種以上。
作為用於對組合物進行稀釋的溶劑,從由α-松油醇、十二碳醇酯、鄰苯二甲酸二辛酯、鄰苯二甲酸二丁酯、環己烷、己烷、甲苯、苯甲醇、二氧六環、二甘醇、乙二醇單丁醚、乙二醇單丁醚乙酸酯、二乙二醇單丁醚以及乙二醇單丁醚乙酸酯等構成的化合物中選擇至少一種以上進行使用為宜。
<玻璃熔塊>
所使用的玻璃熔塊不受限制。玻璃熔塊可為鉛玻璃熔塊或無鉛玻璃熔塊。玻璃熔塊的組成或粒徑、形狀並不受到特殊的限制。較佳地,作為玻璃熔塊的成分以及含量,以氧化物換算標準包含5 ~ 29 mol%的PbO、20 ~ 34 mol%的TeO2、3 ~ 20 mol%的Bi2 O3 、20 mol%以下的SiO2 、10 mol%以下的B2 O3 、10 ~ 20 mol%的鹼金屬(Li、Na、K等)以及鹼土金屬(Ca、Mg等)為宜。通過對上述各個成分的有機含量組合,能夠防止電極的線寬增加、優化高表面電阻中的接觸電阻特性並優化短路電流特性。
尤其是當PbO的含量過高時,不僅會導致不環保的問題,還會因為熔融時的黏度過低而導致在燒成時正面電極的線寬變大的問題,因此將玻璃熔塊中所包含的PbO控制在上述範圍內為宜。
此外,玻璃熔塊的平均粒徑並不受限,能夠是0.5 ~ 10㎛的範圍,還能夠對平均粒徑不同的多種粒子進行混合使用。較佳地,所使用的至少一種玻璃熔塊的平均粒徑(D50)為2㎛以上10㎛以下為宜。借此,能夠優化燒成時的反應性,尤其是能夠將高溫狀態下的n層的損壞最小化,還能夠改善黏接力並優化開路電壓(Voc)。此外,還能夠減少燒成時的電極線寬的增加。此外,上述平均粒徑為2㎛以上10㎛以下的玻璃熔塊的玻璃相變溫度Tg小於300℃為宜。通過使用粒徑較大的粒子而降低玻璃相變溫度,能夠防止在燒成的過程中發生不均勻熔融的問題。
玻璃熔塊的含量以導電漿料組合物的總重量為基準包含1至15 wt %為宜,當含量小於1wt%時,可能會因為非完全燒成而導致電氣比電阻過高的問題,而當含量大於15wt%時,可能會因為銀粉末的燒成體內部的玻璃成分過多而同樣導致電氣比電阻過高的問題。
<其他添加劑>
本發明的電極用漿料組合物還能夠根據需要包含已知的添加劑,如分散劑、增塑劑、粘度調節劑、表面活性劑、氧化劑、金屬氧化物以及金屬有機化合物等。
本發明提供一種將上述太陽能電池電極用漿料塗佈在基板上方並對其進行乾燥以及燒成的太陽能電池的電極形成方法以及通過上述方法製造的太陽能電池電極。在本發明的太陽能電池的電極形成方法中,除了使用上述太陽能電池電極形成用漿料之外,基材、印刷、乾燥以及燒成能夠使用通常在太陽能電池的製造中所使用的方法。作為一實例,上述基板能夠是矽晶圓,利用本發明的漿料製造的電極能夠是正面電極的指狀電極以及母線電極,上述印刷能夠是絲網印刷或平板印刷,上述乾燥能夠在90至350℃下執行,而上述燒成能夠在600至950℃下執行。較佳地,上述燒成是在800至950℃下更較佳地是在850至950℃下進行5秒至1分鐘的高溫/高速燒成為宜,上述印刷以20至60㎛的厚度進行印刷為宜。作為具體的一實例,包括在大韓民國公開專利公報第10-2006-0108550號以及第10-2006-0127813號、日本國公開專利公報特開第2001-202822號以及特開第2003-133567號中所公開的太陽能電池的結構及其製造方法。
接下來,將結合實施例進行詳細的說明。
<製造例1-1>
在向5L的燒杯投入2L的去礦物質水(De-Mineralized Water,DMW)以及由本發明所製造出的500g銀粉末之後,利用高速攪拌機(Homo-mixer)在4000rpm條件下對銀粉末進行20分鐘的分散,從而製造出銀懸浮液。此外,在向50ml的燒杯投入30ml的純淨水並投入5g的PS-810E(ADEKA公司)(Fatty alcohol phosphate,脂肪醇磷酸酯)之後,利用超聲波進行10分鐘的攪拌而製造出塗佈液。在將塗佈液添加到銀懸浮液中並在4000rpm的條件下進行20分鐘的攪拌,而對銀粉末進行表面處理之後,通過離心分離及利用純淨水進行附加洗滌而製造出銀粉末。
接下來,在重新利用2L的純淨水對所製造出的銀粉末進行分散之後,添加溶解分散後銀粉末至含有硬脂酸銨(ammonium stearate)之15ml的乙醇溶液,並在4000rpm條件下進行20分鐘的攪拌而對銀粉末進行表面處理,接下來利用相同的工程進行洗滌而獲得經過表面處理的銀粉末。
接下來在80℃下進行12小時的熱風乾燥,並利用氣流粉碎機(Jetmill)進行破碎,從而完成銀粉末的製造。
<製造例1-2>
在向400ml的純淨水投入100g的銀粉末以及0.5g的陰離子表面活性劑(即PS-810E(ADEKA公司))之後,利用高速攪拌機(K&S公司,實驗室用)在3000RPM條件下進行20分鐘的攪拌而對銀粉末進行了分散。在向上述分散有銀粉末的溶液添加2.7g的十八胺(Octadecylamine)乙醇溶液(十八胺的含量為11.25重量%)之後,進行20分鐘的攪拌。在停止攪拌之後,利用離心分離機對混合溶液進行過濾並利用純淨水對濾材進行清洗,接下來在70℃下進行12小時的乾燥而獲得了經過第1次表面處理的銀粉末。接下來利用高速攪拌機對上述銀粉末進行粉碎,再利用氣流粉碎機(Jetmill)進行破碎。
<製造例1-3>
除了使用硬脂酸替代硬脂酸銨之外,使用與上述製造例1-1相同的方式實施。
<製造例1-4>
在利用2L的純淨水對500g的銀粉末進行分散之後,添加溶解分散後銀粉末至含有硬脂酸的15ml乙醇溶液,並在4000rpm條件下進行20分鐘的攪拌而對銀粉末進行表面處理,接下來利用相同的工程進行洗滌而獲得經過表面處理的銀粉末。接下來在80℃下進行12小時的熱風乾燥並利用氣流粉碎機(Jetmill)進行破碎,從而完成銀粉末的製造。
<製造例1-5>
在將100g的銀粉末分散到400ml的純淨水之後,添加2.7g的十八胺(Octadecylamine)乙醇溶液(十八胺的含量為11.25重量%)之後進行20分鐘的攪拌。在停止攪拌之後,利用離心分離機對混合溶液進行過濾並利用純淨水對濾材進行清洗,接下來在70℃下進行12小時的乾燥而獲得了經過第一次表面處理的銀粉末。接下來利用食物攪拌機對上述銀粉末進行粉碎,再利用氣流粉碎機(Jetmill)進行破碎。
<製造例1-6>
除了使用月桂酸替代硬脂酸之外,使用與上述製造例1-1相同的方式實施。
<製造例1-7>
除了使用癸胺替代十八胺之外,使用與上述製造例1-2相同的方式實施。
<製造例1-8>
直接使用了製造例1中沒有經過表面處理的銀粉末。
<製造例2-1>
將在製造例1-1中製造出的經過第1次表面處理的100g銀粉末與400ml的乙醇進行混合,接下來在添加2g的矽油並進行10分鐘的攪拌之後對乙醇進行去除,從而製造出了利用矽油進行第二次表面處理的銀粉末。
<製造例2-2>
除了使用在製造例1-2中製造出的經過第1次表面處理的銀粉末替代在製造例1-1中製造出的銀粉末之外,使用與製造例2-1相同的方式製造出了利用矽油進行第二次表面處理的銀粉末。
<製造例2-3>
除了使用在製造例1-3中製造出的經過第1次表面處理的銀粉末替代在製造例1-1中製造出的銀粉末之外,使用與製造例2-1相同的方式製造出了利用矽油進行第二次表面處理的銀粉末。
<製造例2-4>
除了使用在製造例1-4中製造出的經過第1次表面處理的銀粉末替代在製造例1-1中製造出的銀粉末之外,使用與製造例2-1相同的方式製造出了利用矽油進行第二次表面處理的銀粉末。
<製造例2-5>
除了使用在製造例1-5中製造出的經過第1次表面處理的銀粉末替代在製造例1-1中製造出的銀粉末之外,使用與製造例2-1相同的方式製造出了利用矽油進行第二次表面處理的銀粉末。
<製造例2-6>
除了使用在製造例1-6中製造出的經過第1次表面處理的銀粉末替代在製造例1-1中製造出的銀粉末之外,使用與製造例2-1相同的方式製造出了利用矽油進行第二次表面處理的銀粉末。
<製造例2-7>
除了使用在製造例1-7中製造出的經過第1次表面處理的銀粉末替代在製造例1-1中製造出的銀粉末之外,使用與製造例2-1相同的方式製造出了利用矽油進行第二次表面處理的銀粉末。
<製造例2-8>
除了使用製造例1-8中的沒有經過表面處理的銀粉末替代在製造例1-1中製造出的銀粉末之外,使用與製造例2-1相同的方式製造出了利用矽油進行第二次表面處理的銀粉末。
<製造例3-1>
在按照下述表1所示的組成添加黏接劑、分散劑、流平劑以及玻璃熔塊等之後利用三輥式滾軋機進行分散,接下來對在製造例2-1中製造出的利用矽油進行第二次表面處理的銀粉末並利用三輥式滾軋機進行分散。接下來通過減壓脫泡製造出了導電漿料。

表1
<製造例3-2>
除了使用在製造例2-2中製造出的利用矽油進行第二次表面處理的銀粉末替代在製造例2-1中製造出的銀粉末之外,使用與製造例3-1相同的方式製造出了導電漿料。
<製造例3-3>
除了使用在製造例2-3中製造出的利用矽油進行第二次表面處理的銀粉末替代在製造例2-1中製造出的銀粉末之外,使用與製造例3-1相同的方式製造出了導電漿料。
<製造例3-4>
除了使用在製造例2-4中製造出的利用矽油進行第二次表面處理的銀粉末替代在製造例2-1中製造出的銀粉末之外,使用與製造例3-1相同的方式製造出了導電漿料。
<製造例3-5>
除了使用在製造例2-5中製造出的利用矽油進行第二次表面處理的銀粉末替代在製造例2-1中製造出的銀粉末之外,使用與製造例3-1相同的方式製造出了導電漿料。
<製造例3-6>
除了使用在製造例2-6中製造出的利用矽油進行第二次表面處理的銀粉末替代在製造例2-1中製造出的銀粉末之外,使用與製造例3-1相同的方式製造出了導電漿料。
<製造例3-7>
除了使用在製造例2-7中製造出的利用矽油進行第二次表面處理的銀粉末替代在製造例2-1中製造出的銀粉末之外,使用與製造例3-1相同的方式製造出了導電漿料。
<製造例3-8>
除了使用在製造例2-8中製造出的利用矽油進行表面處理的銀粉末替代在製造例2-1中製造出的銀粉末之外,使用與製造例3-1相同的方式製造出了導電漿料。
<製造例3-9>
除了使用在製造例1-1中製造出的僅經過第一次表面處理的銀粉末替代在製造例2-1中製造出的銀粉末並相對於100wt%的銀添加2wt%的矽油而製造出漿料之外,使用與製造例3-1相同的方式製造出了導電漿料。
<製造例3-10>
除了使用在製造例1-8中製造出的沒有經過表面處理的銀粉末替代在製造例2-1中製造出的銀粉末並相對於100wt%的銀添加2wt%的矽油而製造出漿料之外,使用與製造例3-1相同的方式製造出了導電漿料。
<製造例3-11>
除了使用在製造例1-8中製造出的沒有經過表面處理的銀粉末替代在製造例2-1中製造出的銀粉末之外,使用與製造例3-1相同的方式製造出了導電漿料。
<試驗例1>
通過肉眼對在常溫狀態下利用vertex混合器對10g按照製造例3-1至製造例3-10製造出的導電漿料與8g的乙醇進行5分鐘的混合並放置30分鐘時的矽油與乙醇的相分離進行了觀察,並在對相分離的矽油進行分離之後對矽油的相分離量進行了測定,其結果如第2a圖以及第2b圖所示。按照第2a圖以及第2b圖為基準進行評估,其結果如下述表2所示(第2a圖之a部分為沒有矽油的相分離量或相分離量矽油總量的5%以下的情況,而第2a圖之b部分為矽油的相分離量大於5%,但在15%以下的情況,第2b圖之a部分為矽油的相分離量大於15%但在50%以下的情況,第2b圖之b部份為矽油的相分離量大於50%的情況)。

表2
如上述結果所示,在製造例3-1至3-5中,因為矽油與導電金屬粉末的貼緊狀態良好,而沒有觀察到相分離或只觀察到5%以下的相分離;而在製造例3-6至製造例3-7中,觀察到了一定的相分離(矽油的相分離量大於5%但在15%以下);在製造例3-8中,因為沒有經過第一次表面處理而造成矽油與導電金屬之間的結合力較弱,並因此觀察到的相當量的相分離;而在製造例3-9中,因為單純地將矽油作為漿料的添加劑進行使用而同樣觀察到了相當量的相分離;在製造例3-10中,觀察到了極度不良的完全相分離現象。如上所述的相分離現象會導致漿料的不均勻以及滑移性的不均勻,因此在需要形成微細圖案時會造成嚴重的問題。
<試驗例2>
利用按照上述製造例3-1至製造例3-11製造出的導電漿料,通過35㎛目的絲網印刷工藝在矽晶圓的正面進行圖案印刷,再利用帶式乾燥爐在200~350℃下進行20秒至30秒的乾燥處理。接下來利用帶式燒成爐在500至900℃下進行20秒至30秒的燒成。接下來利用SEM對電極圖案的形狀進行評估,其結果如第3圖至第13圖所示。
在製造例3-1至製造例3-3中,電極圖案的均勻性良好,尤其是圖案外廓線的均勻性顯著優秀。此外,在製造例3-6以及製造例3-7中,電極圖案的均勻性一般,而在製造例3-8至製造例3-11中,電極圖案的均勻性呈現出難以實現微細圖案的嚴重問題。根據判斷,這種現象源自於漿料的滑移性的顯著下降。
上述說明內容僅為用於説明理解本發明的一實例,在本發明的技術思想範圍內對構成進行的變形、置換、修改、省略等均包含于發明申請專利範圍。
10‧‧‧P型矽半導體基板
20‧‧‧N型摻雜層
30‧‧‧反射防止膜
40‧‧‧P+層
50‧‧‧背面鋁電極
60‧‧‧背面銀電極
100‧‧‧正面電極
第1圖為一般太陽能電池元件的概要性截面圖。
第2a圖以及第2b圖為本發明一實施例的導電漿料的矽油相分離評估相關照片。
第3圖至第13圖為本發明一實施例的導電漿料的滑移性以及電極圖案均勻性相關的測試照片。

Claims (15)

  1. 一種太陽能電池電極用漿料組合物,其包括一導電金屬粉末 一玻璃熔塊以及一有機載體,該導電金屬粉末包括位於外表面上的至少二表面處理部,該至少二表面處理部中的一個為一矽油。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池電極用漿料組合物,其中,該矽油與該有機載體相互為非相容性。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池電極用漿料組合物,其中,該至少二表面處理部中的一個為一脂肪酸或一脂肪酸鹽,該脂肪酸或該脂肪酸鹽中的一部分或全部位於該導電金屬粉末與該矽油之間。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之太陽能電池電極用漿料組合物,其中,該脂肪酸或該脂肪酸鹽的碳原子數在14至20個的範圍之內
  5. 如申請專利範圍第3項所述之太陽能電池電極用漿料組合物,其中,該脂肪酸或該脂肪酸鹽與該導電金屬粉末之間,還包括該表面處理部,該表面處理部包含從由芳香醇磷酸酯(Aromatic alcohol phosphate)、脂肪醇磷酸酯(Fatty alcohol phosphate)、二烴基磺基琥珀酸酯(Dialkyl sulfosuccinate)以及多肽(Polypeptide)構成的組中選擇的某一種以上。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池電極用漿料組合物,其中,該至少二表面處理部中的一個為一脂肪胺且其中的一部分或全部位於該導電金屬粉末與該矽油之間。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之太陽能電池電極用漿料組合物,其中,該脂肪胺的碳原子數在14至20個的範圍之內。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之太陽能電池電極用漿料組合物,其中,在該脂肪胺與該導電金屬粉末的導電金屬核心之間,還包括該表面處理部,該表面處理部包含烷基硫酸鹽(alkyl sulfate)、乙氧基烷基硫酸鹽(ethoxylated alkyl sulfate)、烷基甘油基醚磺酸鹽(alkyl glyceryl ether sulfonate)、烷基乙氧基醚磺酸鹽(alkyl ethoxy ether sulfonate)、醯基甲基牛磺酸鹽(acyl methyl taurate)、脂肪醯基甘氨酸鹽(fatty acyl glycinate)、烷基乙氧基羧酸鹽(alkyl ethoxy carboxylate)、醯基谷氨酸鹽(acyl glutamate)、醯基羥乙基磺酸鹽(acyl isethionate)、烷基磺基琥珀酸鹽(alkyl sulfosuccinate)、烷基乙氧基磺基琥珀酸鹽(alkyl ethoxy sulfosuccinate)、烷基磷酸酯(alkyl phosphate ester)、醯基肌氨酸鹽(acyl carcosinate)、醯基天冬氨酸鹽(acyl aspartate)、烷氧基醯基醯胺羧酸鹽(alkoxy acyl amide carboxylate)、醯基乙烯基二胺三乙酸鹽(acyl ethylene diamine triacetate)、醯基羥乙基羥乙基磺酸鹽(acyl hydroxyethyl isethionate)以及上述之混合物。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的太陽電池電極用漿料組合物,其中,該矽油的含量為0.1wt%至2wt%。
  10. 一種太陽能電池電極用漿料組合物,其包括一導電金屬粉末、一玻璃熔塊、一有機載體以及一矽油,該導電金屬粉末為經過第一次表面處理的粉末,該矽油被塗佈到經過第一次表面處理的該導電金屬粉末,從而不會呈現出與該有機載體的相分離。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之太陽能電池電極用漿料組合物,在常溫狀態下,利用一漩渦混合器(vertex mixer)對10g的該太陽能電池電極用漿料組合物與8g的乙醇進行5分鐘的混合並放置30分鐘時,不會出現該矽油與乙醇的相分離或只出現該矽油整體含量中的5wt%以下的相分離。
  12. 一種太陽能電池電極用漿料組合物的製造方法,其包括: 製備出經過表面處理的一導電金屬粉末;以及 對經過表面處理的該導電金屬粉末、一玻璃熔塊以及一有機載體進行混合; 其中,在製備出經過表面處理的該導電金屬粉末的步驟中,其包括: 在該導電金屬粉末中形成一第一表面處理部;以及 利用一矽油形成一第二表面處理部。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之太陽能電池電極用漿料組合物的製造方法,其中,該第一表面處理部包含碳原子數在14至20個的範圍內的一脂肪酸、一脂肪酸鹽或一脂肪胺。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之太陽能電池電極用漿料組合物的製造方法,於利用該矽油形成該第二表面處理部的步驟中,在將形成有該第一表面處理部的該導電金屬粉末與該有機溶劑進行混合之後,添加該矽油而形成該第二表面處理部。
  15. 一種太陽能電池,其包括: 在一基板的上部配備一正面電極並在該基板的下部配備一背面電極的一太陽能電池中,該正面電極通過塗佈如請求項1至請求項11中的某一項所述的太陽能電池電極用漿料組合物之後進行燒成而製造。
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