TW201940628A - 導電膠、方法、電極及太陽能電池 - Google Patents

導電膠、方法、電極及太陽能電池 Download PDF

Info

Publication number
TW201940628A
TW201940628A TW108109220A TW108109220A TW201940628A TW 201940628 A TW201940628 A TW 201940628A TW 108109220 A TW108109220 A TW 108109220A TW 108109220 A TW108109220 A TW 108109220A TW 201940628 A TW201940628 A TW 201940628A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
glass frit
mol
inorganic particle
less
conductive
Prior art date
Application number
TW108109220A
Other languages
English (en)
Inventor
奇利爾 亞拉波
葛芬 畢翠斯 席拉
艾德恩 彼得 甘迺迪 克里
羅蘭德 卡之貝奇
Original Assignee
英商強生麥特公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 英商強生麥特公司 filed Critical 英商強生麥特公司
Publication of TW201940628A publication Critical patent/TW201940628A/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/14—Conductive material dispersed in non-conductive inorganic material
    • H01B1/16—Conductive material dispersed in non-conductive inorganic material the conductive material comprising metals or alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C3/00—Glass compositions
    • C03C3/12—Silica-free oxide glass compositions
    • C03C3/122—Silica-free oxide glass compositions containing oxides of As, Sb, Bi, Mo, W, V, Te as glass formers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C4/00—Compositions for glass with special properties
    • C03C4/14—Compositions for glass with special properties for electro-conductive glass
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C8/00—Enamels; Glazes; Fusion seal compositions being frit compositions having non-frit additions
    • C03C8/02—Frit compositions, i.e. in a powdered or comminuted form
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C8/00—Enamels; Glazes; Fusion seal compositions being frit compositions having non-frit additions
    • C03C8/14—Glass frit mixtures having non-frit additions, e.g. opacifiers, colorants, mill-additions
    • C03C8/18—Glass frit mixtures having non-frit additions, e.g. opacifiers, colorants, mill-additions containing free metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D5/00—Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, characterised by their physical nature or the effects produced; Filling pastes
    • C09D5/24—Electrically-conducting paints
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D7/00—Features of coating compositions, not provided for in group C09D5/00; Processes for incorporating ingredients in coating compositions
    • C09D7/40—Additives
    • C09D7/60—Additives non-macromolecular
    • C09D7/61—Additives non-macromolecular inorganic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/20—Conductive material dispersed in non-conductive organic material
    • H01B1/22—Conductive material dispersed in non-conductive organic material the conductive material comprising metals or alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0224—Electrodes
    • H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/022425—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/18—Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
    • C08K3/20—Oxides; Hydroxides
    • C08K3/22—Oxides; Hydroxides of metals
    • C08K2003/221—Oxides; Hydroxides of metals of rare earth metal
    • C08K2003/2213—Oxides; Hydroxides of metals of rare earth metal of cerium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/18—Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
    • C08K3/24—Acids; Salts thereof
    • C08K3/26—Carbonates; Bicarbonates
    • C08K2003/262—Alkali metal carbonates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/18—Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
    • C08K3/24—Acids; Salts thereof
    • C08K3/26—Carbonates; Bicarbonates
    • C08K2003/265—Calcium, strontium or barium carbonate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/18—Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
    • C08K3/20—Oxides; Hydroxides
    • C08K3/22—Oxides; Hydroxides of metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/18—Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
    • C08K3/24—Acids; Salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/40—Glass
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

本發明係關於用於在基板上形成導電跡線或塗層之導電膠，該膠包含分散於有機媒劑中之固體部分，
該固體部分包含導電材料及無機粒子混合物；
其中該無機粒子混合物包含玻璃料之粒子及一或多種金屬化合物之實質上結晶粒子；
且其中該玻璃料包含至少90 mol% TeO2 。

Description

導電膠、方法、電極及太陽能電池
本發明係關於尤其適用於太陽能電池之導電膠及製作該等膠之方法、在(例如)太陽能電池之表面上製造導電跡線或塗層之方法及電極及具有在其表面上形成之此一電極之太陽能電池。
導電(例如含銀)膠慣常地用於製備太陽能電池(例如矽太陽能電池)之導電跡線。該等膠通常包含導電(例如銀)粉末、玻璃料及有時一或多種額外添加劑，所有均分散於有機媒劑中。在太陽能電池之製造中，此一膠通常經由絲網印刷施加至半導體基板(例如晶圓)且隨後燒製(即，經受熱處理)。玻璃料具有若干作用。在燒製期間，其變成熔融相且因此用以將導電跡線結合至半導體晶圓。然而，玻璃料對於蝕刻掉半導體晶圓之表面上所提供之抗反射或鈍化層(通常氮化矽)，以容許導電跡線與半導體之間之直接接觸亦甚為重要。玻璃料通常對於與半導體晶圓形成歐姆接觸亦很重要。
用於導電膠應用之玻璃料通常含有鉛。然而，鉛的使用由於環境及毒性問題而係不合意的。
導電跡線與半導體晶圓之間之接觸品質係決定最終太陽能電池效率之重要因素。最佳玻璃料需要最佳化以在正確溫度下流動，並提供抗反射層之正確蝕刻程度。若所提供之蝕刻太少，則半導體晶圓與導電跡線之間之接觸將不足，導致高接觸電阻。相反，過度蝕刻可導致半導體中大量銀島之沈積，此破壞其p-n接面且由此降低其將太陽能轉換為電能之能力。
近年來，著重於改良光伏打電池之導電膠中所包括之玻璃料材料，以提供了良好之性質平衡。亦已建議玻璃料之替代物，例如結晶氧化物之混合物。
包含導電粉末、玻璃料及有時一或多種額外添加劑(所有均分散於有機媒劑中)之導電膠亦用於在一系列其他電子應用中形成導電跡線或導電塗層，包括被動電子組件，例如用於氧化鋅變阻器組件之端電極(terminal electrode)、用於MLCC (多層陶瓷電容器)之端電極(termination)、經TCO (透明導電氧化物)塗覆玻璃基板上之電極、NTC (負溫度係數)熱敏電阻器上之導電層、功能性壓電陶瓷之金屬化；及汽車應用，包括天線及可加熱鏡、擋風玻璃及後擋風玻璃(backlite)。
業內仍需要適用於太陽能電池之導電膠之組合物，其提供優良(降低之)接觸電阻，而不會不利地影響太陽能電池之p-n接面，且在製造太陽能電池期間在燒製導電膠之適宜溫度下流動。此外，業內仍需要不含有毒組分(例如鉛)且其製造、回收及處置對環境之影響減小之導電膠。
本發明者已驚訝地發現，使用玻璃料與一或多種金屬化合物之實質上結晶粒子之組合可提供具有優良性質之導電膠。
因此，本發明之第一態樣提供用於在基板上形成導電跡線或塗層之導電膠，該膠包含分散於有機媒劑中之固體部分，該固體部分包含導電材料及無機粒子混合物；其中該無機粒子混合物包含玻璃料之粒子及一或多種金屬化合物之實質上結晶粒子；且其中該玻璃料包含至少90 mol% TeO2 。
根據本發明包含玻璃料及一或多種金屬化合物之實質上結晶粒子之組合之導電膠提供優於用於太陽能電池應用之其他導電膠之許多優點。當用於太陽能電池應用中時，已發現本發明之導電膠提供具有經改良(即較低)串聯電阻且因此經改良導電性之太陽能電池。
根據本發明之第二態樣，提供製備根據第一態樣之導電膠之方法，其包含以任何順序混合有機媒劑及固體部分之組分。
根據本發明之第三態樣，提供製備太陽能電池之電極之方法，該方法包含將如第一態樣中所定義之導電膠施加至半導體基板，及燒製所施加之導電膠。
根據本發明之第四態樣，提供用於太陽能電池之電極，該電極包含半導體基板上之導電跡線，其中該導電跡線係藉由或可藉由燒製該半導體基板上如第一態樣中所定義之膠獲得。
根據本發明之第五態樣，提供包含如第四態樣中所定義之電極的太陽能電池。
根據本發明之第六態樣，提供如第一態樣中所定義之導電膠在製造太陽能電池之電極中之用途。
根據本發明之第七態樣，提供導電膠中之無機粒子混合物用於改良太陽能電池之串聯電阻之用途，其中該無機粒子混合物包含玻璃料之粒子及一或多種金屬化合物之實質上結晶粒子且其中該玻璃料包含至少90 mol% TeO2 。
現在將闡釋本發明之較佳及/或可選特徵。除非上下文另有要求，否則本發明之任一態樣可與本發明之任何其他態樣組合。除非上下文另有要求，否則任一態樣之較佳及/或可選特徵中之任一者可單獨或組合地與本發明之任何態樣組合。
舉例而言，無機粒子混合物含量、原材料及粒徑分佈之討論同樣適用於涉及膠及方法之本發明態樣。
在本文中指定範圍之情況下，該範圍之每一端點係獨立的。因此，明確地預期範圍之每一所列舉上端點可獨立地與每一所列舉下端點組合，且反之亦然。
固体部分 本發明之導電膠包括有機媒劑及固體部分。固體部分包括導電材料及無機粒子混合物。無機粒子混合物包含玻璃料之粒子及一或多種金屬化合物之實質上結晶粒子。下文將更詳細地討論固體部分之各個實施例以及利用其形成導電膠之各種方法。
該固體部分可構成導電膠之至少80 wt%、至少85 wt%、至少87 wt%或至少90 wt%。該固體部分可構成導電膠之98 wt%或以下、95 wt%或以下或91 wt%或以下。在一些實施例中，導電膠可包含≥ 80 wt%至≤ 98 wt%之固體部分。
導電 材料 在一些實施例中，固體部分包括≥ 80 wt%至≤ 99.9 wt%之導電材料(相對於固體部分之總重量)。在一些實施例中，導電材料係金屬銀粉末。然而，本發明並不特定限於金屬銀粉末且涵蓋其他導電材料之粉末。
無機 粒子混合物 本發明導電膠之固體部分可包括≥ 0.1 wt%至≤ 15 wt%之無機粒子混合物(相對於固體部分之總重量)。導電膠之固體部分可包括至少0.5 wt%或至少1 wt%之無機粒子混合物。導電膠之固體部分可包括10 wt%或以下、7 wt%或以下或5 wt%或以下之無機粒子混合物。
無機粒子混合物包含玻璃料之粒子及一或多種金屬化合物之實質上結晶粒子，其中玻璃料包含至少90 mol% TeO2 。無機粒子混合物之各組分的詳細說明闡述於下文中。
熟悉此項技術者應瞭解，玻璃材料與非晶形材料、或甚至結晶材料內之非晶形區域並不同義。玻璃材料展現軟化點且不展現熔點。玻璃材料展現玻璃轉變。儘管玻璃可包括一些結晶域(其可能並非完全非晶形)，但該等不同於本發明所需之一或多種金屬化合物之離散的實質上結晶粒子。
術語「實質上結晶」意指在整個材料中具有原子之長程結構有序之結晶材料。此一材料不展現玻璃轉變。此與(例如)非晶形或玻璃質材料形成對比。實質上結晶材料展現熔點。
熟習此項技術者將能夠選擇適宜方法以確定材料係結晶或係非晶形。舉例而言，熟習此項技術者可使用X-射線繞射(XRD)方法。非晶形或玻璃材料在XRD圖案中將不會產生明顯的峰。與此相反，非晶形或玻璃材料將在XRD圖案中產生寬峰。實質上結晶材料在XRD圖案將產生多個明顯的峰。
在一些實施例中，在膠中納入無機粒子混合物可提供使用該導電膠製備之太陽能電池之經改良接觸電阻。在一些實施例中，在太陽能電池之製造中使用包含無機粒子混合物之導電膠可提供具有增加效率之太陽能電池。具體而言，已驚訝地發現，與使用包含具有相同總體化學組成、但僅作為玻璃料或僅作為結晶金屬化合物之混合物提供之無機粒子混合物之膠製備之太陽能電池相比，在太陽能電池之製造中使用本發明之導電膠可提供具有增加效率之太陽能電池。
無機粒子混合物可基本上由本文所述之玻璃料之粒子及本文所述之實質上結晶材料之粒子組成。
無機粒子混合物可包含至少25 wt.%之量、例如至少40 wt%、至少45 wt%或至少50 wt%之量之玻璃料之粒子(相對於無機粒子混合物之總重量)。無機粒子混合物可包含75 wt%或以下、例如70 wt%或以下、65 wt%或以下或60 wt%或以下之量之玻璃料之粒子。在一些實施例中，無機粒子混合物可包含≥ 40 wt%至≤ 70 wt%之玻璃料之粒子。
無機粒子混合物可包含總量為至少20 wt%、例如至少25 wt.%、至少30 wt.%、至少35 wt.%或至少40 wt%之量之實質上結晶粒子(相對於無機粒子混合物之總重量)。無機粒子混合物可包含總量為75 wt%或以下、例如60 wt%或以下、55 wt%或以下或50 wt%或以下之實質上結晶粒子。在一些實施例中，無機粒子混合物可包含≥ 35 wt%至≤ 55 wt%之實質上結晶粒子。
無機粒子混合物之玻璃料包含至少90 mol% TeO2 。在一些實施例中，玻璃料可包含高於90 mol% TeO2 。玻璃料可包含至少91 mol% TeO2 、較佳至少92 mol% TeO2 、更佳至少95 mol% TeO2 。
本文所述之玻璃料組合物係以基於氧化物之莫耳百分比給出。該等莫耳百分比係相對於玻璃料之總莫耳組成。莫耳百分比係作為起始材料用於製備玻璃料組合物之組分基於氧化物之百分比。如熟悉此項技術者將瞭解，除氧化物以外之起始材料可用於製備本發明之玻璃料。在使用非氧化物起始材料來向玻璃料組合物供應特定元素之氧化物的情形中，使用適當量之起始材料以供應相等莫耳數量之元素，使得以所列舉mol%供應彼元素之氧化物。此界定玻璃料組合物之途徑在此項技術中係典型的。如熟悉此項技術者將易於理解，揮發性物種(例如氧)在玻璃料之製造製程期間可損失，且因此所得玻璃料之組成不能精確地對應於起始材料之重量百分比(其在本文中在氧化物基礎上給出)。藉由熟習此項技術者已知之製程(例如，感應耦合電漿發射光譜(ICP-ES))分析燒製結玻璃料可用於計算所討論玻璃料組合物之起始組分。
玻璃料可含有額外元素之氧化物。在一些實施例中，玻璃料可包含鹼金屬氧化物、鹼土金屬氧化物、鈰氧化物、鉍氧化物或其混合物。鹼金屬氧化物可為Li2 O、Na2 O、K2 O或其混合物。在一些實施例中，玻璃料含有Li2 O及Na2 O。鹼土金屬氧化物可為BaO、CaO、MgO或其混合物。鈰氧化物可為Ce2 O3 或CeO2 。鉍氧化物可為Bi2 O3 。
玻璃料可包括Li2 O。玻璃料可包括至少0.1 mol%、至少1 mol%或至少3 mol%之Li2 O。玻璃料可包括10 mol%或以下、9 mol%或以下或8 mol%或以下之Li2 O。舉例而言，玻璃料可包括≥ 3 mol%至≤ 8 mol% 之Li2 O。
玻璃料可包括Na2 O。玻璃料可包括至少0.1 mol%、至少1 mol%或至少3 mol%之Na2 O。玻璃料可包括10 mol%或以下、9 mol%或以下或8 mol%或以下之Na2 O。舉例而言，玻璃料可包括≥ 3 mol%至≤ 8 mol%之Na2 O。
玻璃料可包括K2 O。玻璃料可包括至少0.1 mol%、至少1 mol%或至少3 mol%之K2 O。玻璃料可包括10 mol%或以下、9 mol%或以下或8 mol%或以下之K2 O。舉例而言，玻璃料可包括≥ 3 mol%至≤ 8 mol%之K2 O。
玻璃料可包括BaO。玻璃料可包括至少0.1 mol%、至少1 mol%、至少2 mol%、至少4 mol%或至少6 mol%之BaO。玻璃料可包括10 mol%或以下、9 mol%或以下、8 mol%或以下或7 mol%或以下之BaO。舉例而言，玻璃料可包括≥ 0.1 mol%至≤ 10 mol%之BaO。
玻璃料可包括CaO。玻璃料可包括至少0.1 mol%、至少1.0 mol%、至少2 mol%、至少4 mol%或至少6 mol%之CaO。玻璃料可包括10 mol%或以下、9 mol%或以下、8 mol%或以下或7 mol%或以下之CaO。舉例而言，玻璃料可包括≥ 0.1 mol%至≤ 10 mol%之CaO。
玻璃料可包括MgO。玻璃料可包括至少0.1 mol%、至少1 mol%、至少2 mol%、至少4 mol%或至少6 mol%之MgO。玻璃料可包括10 mol%或以下、9 mol%或以下、8 mol%或以下或7 mol%或以下之MgO。舉例而言，玻璃料可包括≥ 0.1 mol%至≤ 10 mol%之MgO。
玻璃料可包括Ce2 O3 。玻璃料可包括至少0.1 mol%、至少0.5 mol%、至少1 mol%、至少2 mol%或至少4 mol%之Ce2 O3 。玻璃料可包括10 mol%或以下、8 mol%或以下、6 mol%或以下或5 mol%或以下之Ce2 O3 。舉例而言，玻璃料可包括≥ 0.1 mol%至≤ 10 mol%之Ce2 O3 。
玻璃料可包括Bi2 O3 。玻璃料可包括至少0.1 mol%、至少0.5 mol%、至少1 mol%、至少2 mol%或至少4 mol%之Bi2 O3 。玻璃料可包括10 mol%或以下、8 mol%或以下、6 mol%或以下或5 mol%或以下之Bi2 O3 。舉例而言，玻璃料可包括≥ 0.1 mol%至≤ 10 mol%之Bi2 O3 。
玻璃料可包括其他組分，例如其他氧化物組分。玻璃料可包括總共至少0.1 mol%、至少0.5 mol%、至少1 mol%、至少2 mol%或至少4 mol%之其他組分。玻璃料可包括總共10 mol%或以下、8 mol%或以下、6 mol%或以下或5 mol%或以下之其他組分。其他組分可為選自由以下組成之群之一或多者：GeO2 、ZrO2 、CuO、Al2 O3 、B2 O3 、WO3 、MO3 、ZnO、Al2 O3 、RuO2 、PdO、V2 O5 及P2 O5 。
在一些實施例中，玻璃料可實質上不含鉛氧化物及/或實質上不含矽氧化物。
如本文所用，涉及玻璃料組合物之術語「實質上不含」意指玻璃料具有總含量小於或等於1 mol%之所列舉組分。如熟習此項技術者應易於瞭解，在玻璃料粒子之製造期間，玻璃組合物可受到低含量雜質之污染。舉例而言，在熔融/驟冷玻璃形成製程中，該等雜質可源自熔融步驟中所採用容器之耐火襯層。因此，儘管可能期望完全沒有特定組分，但在實踐中此可難以達成。如本文在涉及玻璃料所用，術語「非故意添加之X」(其中X係特定組分)意指在玻璃料之製造中未採用意欲將X遞送至最終玻璃組合物之原材料，且玻璃料組合物中任何低含量X之存在係由於製造期間之污染。
在一些實施例中，玻璃料可包含小於0.5 mol%、較佳小於0.25 mol%、更佳小於0.05 mol%、最佳小於0.01 mol% PbO。在一些實施例中，玻璃料不包括任何故意添加之鉛。
在一些實施例中，玻璃料可包含小於0.5 mol%、較佳小於0.25 mol%、更佳小於0.05 mol%、最佳小於0.01 mol% SiO2 。在一些實施例中，玻璃料不包括任何故意添加之矽。
通常，玻璃料係藉由以下製備：將起始材料混合在一起，使其熔融以形成熔融玻璃混合物，且然後使熔融混合物驟冷以形成玻璃料。製程可進一步包含碾磨該玻璃料以提供期望粒徑。
熟習此項技術者知道製備玻璃料之替代適宜方法。適宜替代方法包括溶膠-凝膠製程及噴霧熱解。
當本發明之玻璃料闡釋為包含各別元素之氧化物時，用於製備玻璃料之起始材料之選擇可為在形成玻璃時分解為氧化物之任何化合物。舉例而言，用於製備玻璃料之適宜起始材料化合物可為該元素之氧化物、碳酸鹽、硝酸鹽、碳酸氫鹽、草酸鹽、乙酸鹽及/或甲酸鹽。可用於形成玻璃料之一些具體起始材料化合物係Li2 O、Li2 CO3 、Bi2 O3 、Bi5 O(OH)9 (NO3 )4 、Ce2 O3 、CeO2 、Na2 O及Na2 CO3 。
玻璃料可經碾磨或研磨以提供期望粒徑及期望粒子形態。
無機粒子混合物進一步包含一或多種金屬化合物之實質上結晶粒子。由於該等粒子係實質上結晶的，因此其展現玻璃轉變。
為免生疑問，本文中關於一或多種金屬化合物之實質上結晶粒子所用之術語「金屬」包括類金屬，例如硼、矽、鍺、砷、銻及碲。因此，一或多種金屬化合物之實質上結晶粒子可包含例如碲化合物及/或硼化合物。
該一或多種金屬化合物之實質上結晶粒子之微粒性質意味著無機粒子混合物中存在該一或多種金屬化合物中每一者之離散、分離或個別粒子。
在本發明之一些實施例中，無機粒子混合物包含多於一種金屬化合物、在一些實施例中兩種或以上金屬化合物、在一些實施例中三種或以上、四種或以上、五種或以上或六種或以上不同金屬化合物之實質上結晶粒子。
一或多種金屬化合物之實質上結晶粒子可包括鋰、鈉、鉀、鋇、鈰、鉍、鎢、鉬、釩、鈣、鎂、錳、銀、硼、鋅、鋯、碲、矽、鉻之化合物或其混合物。一或多種金屬化合物可選自金屬氧化物、碳酸鹽、硝酸鹽、碳酸氫鹽、草酸鹽、乙酸鹽及/或甲酸鹽。在一或多種金屬化合物包括非氧化物化合物之情形中，該等非氧化物化合物較佳係在燒製時將分解為氧化物之化合物。熟習此項技術者將能夠選擇其他適宜金屬化合物。
在實質上結晶粒子包含兩種或以上金屬化合物之情形中，金屬化合物可為不同類型之化合物，例如實質上結晶粒子可包含一種金屬之氧化物及不同金屬之碳酸鹽；例如，Li2 O及Na2 CO3 。在一些實施例中，實質上結晶粒子可包含相同類型、但為不同金屬之化合物的多種化合物；例如，Li2 O及Na2 O、或Li2 CO3 及Na2 CO3 。在一些實施例中，實質上結晶粒子可包含含有相同金屬之金屬化合物的混合物，例如相同金屬之氧化物及碳酸鹽之混合物，例如Li2 O及Li2 CO3 。
可包括在無機粒子混合物之實質上結晶粒子中之一些具體金屬化合物包括Li2 O、Li2 CO3 、Bi2 O3 、Bi5 O(OH)9 (NO3 )4 、Ce2 O3 、CeO2 、Na2 O、Na2 CO3 、TeO2 、Bi2 O3 、Ce2 O3 、SiO2 、ZnO、MoO3 、Cr2 O3 及WO3 。
在一些實施例中，任一或所有一或多種金屬化合物可包含多種金屬原子或離子。舉例而言，在一些實施例中，一或多種金屬化合物可包含具有通式Ax By Oz 之化合物，其中A係金屬且其中B係不同於A之金屬，其中0 ＜ x ≤ 2，y係整數且z係整數。
實質上結晶粒子之一或多金屬化合物之選擇可由燒製時之期望流動行為來指導。發明者發現某些混合物尤其適宜。舉例而言，一或多種金屬化合物可包括鹼金屬、較佳鋰之來源(例如，LiCO3 或Li2 O)及鉍之來源(例如，Bi2 O3 或Bi5 O(OH)9 (NO3 )4 )。
當無機粒子混合物含有多於一種金屬化合物之實質上結晶粒子時，金屬化合物可在併入導電膠之前及/或在與玻璃料混合以形成無機粒子混合物之前混合(例如，藉由共碾磨)。在一個實施例中，一或多種金屬化合物之實質上結晶粒子可在併入導電膠中之前與玻璃料之組合碾磨。
無機粒子混合物可包含≥ 0 wt.%至≤ 10 wt.%碲化合物之實質上結晶粒子(相對於無機粒子混合物之總重量)。在一些實施例中，無機粒子混合物可包含5 wt%或以下、3 wt%或以下、1 wt.%或以下之碲化合物之實質上結晶粒子。在一些實施例中，碲化合物可為碲氧化物(TeO2 )。舉例而言，無機粒子混合物可包含≥ 0 wt.%至≤ 10 wt%之碲氧化物之實質上結晶粒子。
無機粒子混合物可包含≥ 1 wt.%至≤ 9 wt.%之鋰化合物之實質上結晶粒子(相對於無機粒子混合物之總重量)。在一些實施例中，無機粒子混合物可包含至少1 wt.%、至少2 wt.%、至少3 wt.%或至少4 wt.%之鋰化合物之實質上結晶粒子。在一些實施例中，無機粒子混合物可包含8 wt%或以下、5 wt%或以下之之鋰化合物之實質上結晶粒子(Li2 CO3 )。在一些實施例中，鋰化合物可為碳酸鋰。舉例而言，無機粒子混合物可包含≥ 1 wt.%至≤ 9 wt.%之碳酸鋰之實質上結晶粒子。
無機粒子混合物可包含≥ 0 wt%至≤ 5 wt%之鈉化合物之實質上結晶粒子(相對於無機粒子混合物之總重量)。在一些實施例中，無機粒子混合物可包含至少1 wt%、至少2 wt%或至少3 wt%之鈉化合物之實質上結晶粒子。在一些實施例中，無機粒子混合物可包含4 wt%或以下之鈉化合物之實質上結晶粒子。在一些實施例中，鈉化合物可為碳酸鈉(Na2 CO3 )。舉例而言，無機粒子混合物可包含≥ 0 wt%至≤ 5 wt%之碳酸鈉之實質上結晶粒子。
無機粒子混合物可包含≥ 0 wt.%至≤ 5 wt.%之鋇化合物之實質上結晶粒子(相對於無機粒子混合物之總重量)。在一些實施例中，無機粒子混合物可包含至少1 wt.%、至少2 wt.%、至少3 wt.%或至少4 wt.%之鋇化合物之實質上結晶粒子。在一些實施例中，無機粒子混合物可包含4.5 wt%或以下之鋇化合物之實質上結晶粒子。在一些實施例中，鋇化合物可為碳酸鋇(BaCO3 )。舉例而言，無機粒子混合物可包含≥ 0 wt%至≤ 5 wt%之碳酸鋇之實質上結晶粒子。
無機粒子混合物可包含≥ 0 wt%至≤ 9 wt%之鈰化合物之實質上結晶粒子(相對於無機粒子混合物之總重量)。在一些實施例中，無機粒子混合物可包含至少1 wt%、至少2 wt%、至少4 wt%、或至少5 wt%之鈰化合物之實質上結晶粒子。在一些實施例中，無機粒子混合物可包含8 wt%或以下、或7 wt%或以下之鈰化合物之實質上結晶粒子。在一些實施例中，鈰化合物可為鈰(III)氧化物(Ce2 O3 )。舉例而言，無機粒子混合物可包含≥ 0 wt.%至≤ 9 wt.%之鈰(III)氧化物之實質上結晶粒子。
無機粒子混合物可包含≥ 15 wt%至≤ 35 wt%之鉍化合物之實質上結晶粒子(相對於無機粒子混合物之總重量)。在一些實施例中，無機粒子混合物可包含至少20 wt%、至少25 wt%、至少27 wt%、或至少28 wt%之鉍化合物之實質上結晶粒子。在一些實施例中，無機粒子混合物可包含30 wt%或以下之鉍化合物之實質上結晶粒子。在一些實施例中，鉍化合物可為鉍氧化物(Bi2 O3 )。舉例而言，無機粒子混合物可包含≥ 15 wt%至≤ 35 wt%之鉍氧化物之實質上結晶粒子。
無機粒子混合物可包含≥ 0 wt%至≤ 10 wt%之鋅化合物之實質上結晶粒子(相對於無機粒子混合物之總重量)。在一些實施例中，鋅化合物可為氧化鋅(ZnO)。舉例而言，無機粒子混合物可包含≥ 0 wt%至≤ 10 wt%之氧化鋅之實質上結晶粒子。
無機粒子混合物可包含≥ 0 wt%至≤ 10 wt%之硼化合物之實質上結晶粒子(相對於無機粒子混合物之總重量)。在一些實施例中，硼化合物可為硼氧化物(B2 O3 )。舉例而言，無機粒子混合物可包含≥ 0 wt%至≤ 10 wt%之硼氧化物之實質上結晶粒子。
無機粒子混合物可包含≥ 0 wt%至≤ 9 wt%之鎢化合物之實質上結晶粒子(相對於無機粒子混合物之總重量)。在一些實施例中，鎢化合物可為鎢氧化物(WO3 )。舉例而言，無機粒子混合物可包含≥ 0 wt.%至≤ 9 wt%之鎢氧化物之實質上結晶粒子。
無機粒子混合物可包含≥ 0 wt%至≤ 9 wt%之鉬化合物之實質上結晶粒子(相對於無機粒子混合物之總重量)。在一些實施例中，鉬化合物可為鉬氧化物(MoO3 )。舉例而言，無機粒子混合物可包含≥ 0 wt%至≤ 9 wt%之鉬氧化物之實質上結晶粒子。
無機粒子混合物可包含≥ 0 wt%至≤ 9 wt%之鋯化合物之實質上結晶粒子(相對於無機粒子混合物之總重量)。在一些實施例中，鋯化合物可為鋯氧化物(ZrO2 )。舉例而言，無機粒子混合物可包含≥ 0 wt%至≤ 9 wt%之鋯氧化物之實質上結晶粒子。
無機粒子混合物可包含≥ 0 wt%至≤ 9 wt%之銀化合物之實質上結晶粒子(相對於無機粒子混合物之總重量)。舉例而言，無機粒子混合物可包含≥ 0 wt%至≤ 9 wt%之銀氧化物之實質上結晶粒子。
在一些實施例中，無機粒子混合物可包含總量小於1 wt%之任何鉛化合物之實質上結晶粒子，例如，無機粒子混合物可包含小於0.5 wt%、小於0.1 wt%、小於0.05 wt.%、小於0.01 wt.%或小於0.005 wt%之任何鉛化合物之實質上結晶粒子(相對於無機粒子混合物之總重量)。
在一些實施例中，無機粒子混合物可包含總量小於2 wt%之任何矽化合物之實質上結晶粒子，例如，無機粒子混合物可包含小於1 wt.%、小於0.5 wt.%、小於0.1 wt%、小於0.05 wt%、小於0.01 wt%或小於0.005 wt%之任何矽化合物之實質上結晶粒子(相對於無機粒子混合物之總重量)。
無機粒子混合物之粒子(即，玻璃料及實質上結晶粒子之粒子)可依據其D50 及D90 粒徑界定。本文中之術語「D50 粒徑」及「D90 粒徑」係指粒徑分佈。D50 及D90 粒徑之值對應於特定試樣中總粒子之50%及90%(以體積計)分別在其以下之粒徑值。D50 及D90 粒徑可使用雷射繞射方法(例如，使用Malvern Mastersizer 2000)測定。
在一些實施例中，無機粒子混合物具有小於或等於5 μm、較佳小於或等於3 μm、更佳小於或等於2 μm之D90 粒徑。在一些實施例中，無機粒子混合物具有至少1 μm之D90 粒徑。
在一些實施例中，其中需要注意D90 總是大於D50 ，無機粒子混合物具有小於或等於2 μm、較佳小於或等於1 μm、更佳小於或等於0.5 μm之D50 粒徑。在一些實施例中，無機粒子混合物具有至少0.2 μm之D50 粒徑。
一或多種金屬化合物之實質上結晶粒子之粒徑分佈較佳類似於玻璃料之粒徑分佈。在一或多種金屬之結晶金屬化合物與玻璃料之組合共碾磨以產生無機粒子混合物時，碾磨步驟可經調諧以產生具有期望粒徑及粒徑分佈之無機粒子混合物。熟習此項技術者將能夠選擇碾磨條件以調諧無機粒子混合物之粒徑分佈。
熟習此項技術者將知道用於計算粒徑分佈之適宜方法及儀器。舉例而言，可使用雷射繞射方法，例如使用Malvern Mastersizer 2000。
有 機媒劑 本發明導電膠之固體部分分散於有機媒劑中。
在一些實施例中，導電膠由固體部分及有機媒劑組成。
有機媒劑通常包含有機溶劑，其中一或多種添加劑溶解或分散於其中。如熟悉此項技術者將易於理解，有機媒劑之組分通常經選擇以提供適宜稠度及流變學性質，以允許導電膠印刷至半導體基板上並使得該膠在運輸及儲存期間穩定。舉例而言，當期望膠將藉由網版印刷或模版印刷印刷時，有機媒劑可為剪切稀化流體，該流體在靜止時可具有高黏度，但在經受剪切應力時具有降低之黏度。
用於有機媒劑之適宜有機溶劑之實例包括一或多種選自由以下組成之群之溶劑：丁基二乙二醇、丁基二乙二醇乙酸酯、萜品醇、二乙二醇二丁基醚、三丙二醇單甲基醚、Texanol®、己二酸二甲基酯、2-(2-甲氧基丙氧基)-1-丙醇及其混合物。
適宜添加劑之實例包括用以幫助固體部分於膠中之分散之分散劑、黏度/流變改質劑、觸變性改質劑、潤濕劑、增稠劑、穩定劑及表面活性劑。
舉例而言，有機媒劑可包含一或多種選自由以下組成之群之添加劑：Disperbyk 111、Disperbyk 145、Duomeen TDO、脂肪酸醯胺蠟(例如Thixatrol Max、Crayvallac Super)、松香及其衍生物、丙烯酸樹脂(例如Neocryl ®)、乙基纖維素、乙酸丁酸纖維素及聚乙烯純縮丁醛(例如Mowital B級)。
有機媒劑可構成例如導電膠之至少2 wt%、至少5 wt%、至少9 wt%(相對於導電膠之總重量)。有機媒劑可構成導電膠之20 wt%或以下、15 wt%或以下、13 wt%或以下或10 wt%或以下。在一些實施例中，導電膠可包含≥ 2至≤ 20 wt.%、較佳≥ 5至≤ 15 wt.%之有機媒劑。
製備 導電膠 之方法 通常，導電膠通常係藉由將固體部分之上述組分及有機媒劑之組分以任何順序混合在一起來製備。在其他較佳態樣中，本發明提供製備根據第一態樣之導電膠的製程，其中該製程包含將固體部分之上述組分及有機媒劑之組分以任何順序混合在一起。
在一些實施例中，製備導電膠之方法包含將一或多種金屬化合物之實質上結晶粒子及無機粒子混合物之玻璃料粒子共碾磨，然後將其與有機媒劑及導電材料混合。
在一些實施例中，製備導電膠之方法包含首先碾磨玻璃料以產生粗糙玻璃料之粒子，且然後將粗糙玻璃料粒子與一或多種金屬化合物之實質上結晶粒子共碾磨，以產生無機粒子混合物。熟習此項技術者將能夠選擇適宜設備及碾磨條件以產生無機粒子混合物之期望粒徑及粒徑分佈。
在一些實施例中，本發明導電膠較佳實質上不含鉛，亦即該膠實質上不存在任何含鉛組分。舉例而言，導電膠可包含小於1 wt.%鉛。
電極 及 太陽能電池 之製造 熟習此項技術者熟悉用於製造太陽能電池之電極的適宜方法。類似地，熟習此項技術者熟悉用於製造太陽能電池之適宜方法。可採用本發明之導電膠來製備太陽能電池之背面電極或正面電極(即光接收側)。較佳地，採用本發明之導電膠來製備太陽能電池之正面電極。
製造太陽能電池之正面電極的方法通常包含將導電膠施加至半導體基板之表面，及燒製所施加導電膠。
導電膠可藉由任何適宜方法施加至半導體基板。舉例而言，導電膠可藉由印刷(例如網版印刷、模版印刷或噴墨印刷)施加。在網版印刷方法中，可強迫導電膠穿過絲網範本(例如，使用刮板)至基板之表面上。
可將本發明之導電膠施加至半導體基板上以形成太陽能電池之正面電極。太陽能電池可為n型或p型太陽能電池。膠可施加至n型發射體上(在p型太陽能電池中)或p型發射體上(在n型太陽能電池中)。膠可施加至單晶或多晶半導體基板上。半導體基板可為矽基板。替代基板包括CdTe。結晶基板之表面紋理可端視所採用之製造方法而變。舉例而言，表面可包含微米大小或奈米大小之表面特徵，例如稜錐體、倒稜錐體、井或桿。該等表面特徵可藉由(例如)金屬催化之化學蝕刻(MCCE)或反應性離子蝕刻(RIE)形成。該等紋理化結晶基板之實例包括漿液切割矽晶圓及金剛石線切割矽(DWS)晶圓(二者亦稱為「黑矽晶圓」)。
在一些實施例中，太陽能電池可包含鈍化發射體後觸點(PERC)。替代太陽能電池稱為背接面電池。在此情形中本發明之導電膠較佳可施加至太陽能電池之半導體基板之背面表面。此一背面表面通常覆蓋有絕緣鈍化層(例如SiN層)，類似於施加至太陽能電池之半導體基板之光接收表面的抗反射塗層。或者，導電膠可施加至薄膜太陽能電池，或導電膠可施加至除太陽能電池以外之電子裝置之基板。
熟習此項技術者知道燒製所施加導電膠之適宜技術。實例燒製曲線顯示於圖1中。典型燒製製程持續大約30秒，其中電極之表面達到約800℃之峰值溫度。通常，爐溫度將較高以達成此表面溫度。舉例而言，電極之峰值表面溫度可為1200℃或以下、1100℃或以下、1000℃或以下、950℃或以下或900℃或以下。電極之峰值表面溫度可為至少600℃。
半導體基板可包含在其表面上之絕緣層。通常，本發明之導電膠施加至絕緣層之頂部以形成電極。通常，絕緣層將為非反射的。適宜絕緣層係SiNx (例如SiN)。其他適宜絕緣層包括Si3 N4 、SiO2 、Al2 O3 及TiO2 。
製造p型太陽能電池之方法通常包含將背面導電膠(例如包含鋁)施加至半導體基板之表面，並燒製背面導電膠以形成背面電極。背面導電膠通常自正面電極施加至半導體基板之相對面。
在p型太陽能電池之製造中，通常，將背面導電膠施加至半導體基板之背面(非光接收側)並在基板上乾燥，此後將正面導電膠施加至半導體基板之正面(光接收側)並在基板上乾燥。或者，可首先施加正面膠，隨後施加背面膠。導電膠通常經共燒製(即，燒製具有施加至其之正面膠及背面膠二者之基板)，以形成包含正面及背面導電跡線之太陽能電池。
太陽能電池之效率可藉由在基板之背面上提供鈍化層來改良。適宜材料包括SiNx (例如SiN)、Si3 N4 、SiO2 、Al2 O3 及TiO2 。通常，將鈍化層之區域局部去除(例如，藉由雷射剝蝕)以允許半導體基板與背面導電跡線之間之接觸。或者，在本發明之膠施加至背面之情形中，膠可起到蝕刻鈍化層之作用以使得在半導體基板與導電跡線之間形成電觸點。
實 例 現將藉由參照以下非限制性實例來對本發明加以說明。
玻璃料製備 使用市售原材料製備玻璃料。每一玻璃料之組成在下表1中給出。每一玻璃料係根據以下程式製得。
將用於玻璃之原材料使用實驗室混合器混合。將100克混合物在陶瓷坩堝中、在實驗室電爐中熔融。將含有原材料混合物之坩堝在其仍冰冷時放置於爐中，以避免陶瓷坩堝之熱衝擊及開裂。熔融係在950-1100℃在空氣中實施。將熔融玻璃在水中驟冷以獲得玻璃料。玻璃料在加熱室中在120℃乾燥。
將每一玻璃料在行星式磨機中乾碾磨，以產生D100 粒徑為200 µm之粗糙磨砂玻璃料。

表1：玻璃料組成
無機摻合物之製備 無機摻合物(i)係藉由以下製備：共碾磨所需數量之TeO2 、Li2 CO3 、Na2 CO3 、BaCO3 、Ce2 O3 及Bi2 O3 之結晶粒子，以提供具有與玻璃料A匹配之總體元素組成之無機摻合物。在Li2 CO3 、Na2 CO3 、BaCO3 之情形中，該等數量係使得以供應相等莫耳數量之金屬，使得以所列舉mol%供應彼金屬之氧化物。
無機摻合物(ii)至(v)係分別藉由濕碾磨玻璃料A至D來製備。
無機摻合物(vi)至(viii) (每一無機粒子混合物均為本發明之膠所需)係藉由以下製備：共碾磨適當數量之玻璃料(如上所製備)與所需結晶組分(即，玻璃料組合物中尚未存在之金屬化合物)之粒子，以提供具有與無機粒子玻璃料A匹配之總體化學組成之無機摻合物。在非氧化物結晶組分之情形中，該等數量係使得以供應相等莫耳數量之金屬，使得以所列舉mol%供應彼金屬之氧化物。
每一無機摻合物之組成(以mol%計)顯示於表2中。

表2：每一無機摻合物之組成
對於所有無機摻合物，濕碾磨係在行星式磨機中實施以提供D50 粒徑小於1 μm (使用雷射繞射方法使用Malvern Mastersizer 2000測定)之均質無機摻合物。濕碾磨係在Dowanol DPM溶劑中實施。
呈微粒形式之結晶TeO2 、Li2 CO3 、Na2 CO3 、BaCO3 、Ce2 O3 及Bi2 O3 原材料係商業獲得。
膠製備 各自包含導電金屬、如上所述製備之無機摻合物及有機媒劑之導電膠係根據以下通用方法製備。
將88 wt%兩種市售銀粉末之混合物、2 wt%無機摻合物及10 wt%標準有機媒劑預混合並使所得混合物穿過三重輥磨機，直至形成均質膠為止。
兩種市售銀粉末之混合物係由4 wt%粉末A及96 wt.%粉末B組成。粉末A及粉末B均包含疏水塗層。粉末A具有小於0.8 µm之平均粒徑，且粉末B具有小於1.9 µm之平均粒徑。粉末A及粉末B二者均具有大於5 g/mL之敲緊密度。
太陽能電池之製備 將薄片電阻為90歐姆/sq且大小為6英吋2 之多晶晶圓在其背面用市售鋁膠絲網印刷並在紅外線質量帶(infra-red mass belt)中乾燥。每一多晶晶圓均用如上所述製備之正面導電銀膠絲網印刷。
用於正面膠之絲網具有34 µm之指狀開口。印刷正面之後，將電池在紅外線質量帶乾燥器中乾燥並在Despatch帶式爐中乾燥。Despatch帶式爐具有六個燒製區以及上部及下部加熱器。前三個區保持在約500℃，第四及第五區處於較高溫度且第六區保持在975℃(爐溫度)之最高溫度。爐帶速度為610 cm/min。實例燒製剖面顯示於圖1中。所記錄溫度係藉由使用熱電偶在燒製製程期間量測太陽能電池表面之溫度來測定。
自導電膠製備之太陽能電池的測試 填充因數指示太陽能電池相對於理論理想(0電阻)系統之性能。填充因數與接觸電阻有關，即，接觸電阻越低，填充因數將越高。但若導電膠之無機粒子混合物太過具腐蝕性，則其可損害半導體之pn接面。在此情形中，接觸電阻將降低，但由於pn接面之損害(重組效應及較低之分路電阻)，將出現較低之填充因數。因此，高填充因數指示矽晶圓與導電跡線之間存在低接觸電阻，且半導體上膠之燒製沒有不利地影響半導體之pn接面(即，分路電阻較高)。
Eta代表太陽能電池之效率，比較太陽能輸入與電能輸出。在商用太陽能電池中，效率之小變化可極具價值。
串聯電阻代表太陽能電池之特定組件之電阻的總和。串聯增加可導致填充因數之直接降低。
燒製後，使晶圓冷卻。冷卻後，在來自Halm GmbH之I-V曲線描繪器(型號cetis PV-CTL1)中測試燒製太陽能電池。結果顯示於下表3中。表3中顯示之結果係由I-V曲線描繪器藉由直接量測或使用其內部軟體計算來提供。
為最小化接觸區域之影響，在每一個別測試裝置中使用相同篩網及相同黏度之膠印刷每一電池；此確保印刷至每一晶圓上之線寬實質上相同且對本文所提供之量測沒有影響。

表3：太陽能電池測試結果
該等實例顯示，當使用本發明之膠製備太陽能電池時，與自具有僅包含結晶金屬化合物或僅包含玻璃料之無機摻合物的導電膠製備之太陽能電池相比，所得太陽能電池具有較高效率及較低串聯電阻。此外，該等實例表明，當使用僅包含玻璃料B或玻璃料C之無機摻合物製備導電膠時，不僅將無法量測填充因數，而且獲得極低電池效率及極高串聯電阻。
最值得注意的是，雖然用於製備CE1、CE2及實例1-3之太陽能電池之無機摻合物具有相同的總體化學組成，但實例1至3之太陽能電池具有較低的串聯電阻及較高的電池效率。
圖1顯示實例中所製備太陽能電池之燒製曲線之實例。

Claims (19)

  1. 一種用於在基板上形成導電跡線或塗層之導電膠，該膠包含分散於有機媒劑中之固體部分， 該固體部分包含導電材料及無機粒子混合物； 其中該無機粒子混合物包含玻璃料之粒子及一或多種金屬化合物之實質上結晶粒子； 且其中該玻璃料包含至少90 mol% TeO2 。
  2. 如請求項1之導電膠，其中該玻璃料包含至少91 mol% TeO2 、較佳至少92 mol% TeO2 、更佳至少95 mol% TeO2 。
  3. 如請求項1或2之導電膠，其中該玻璃料進一步包含鹼金屬氧化物、鹼土金屬氧化物、鈰氧化物、鉍氧化物或其混合物。
  4. 如請求項1或2之導電膠，其中該玻璃料實質上不含鉛氧化物。
  5. 如請求項1或2之導電膠，其中該玻璃料實質上不含矽氧化物。
  6. 如請求項1或2之導電膠，其中該無機粒子混合物包含至少25 wt.%、至少40 wt. %、至少45 wt. %、或至少50 wt. %之量之玻璃料粒子。
  7. 如請求項1或2之導電膠，其中該無機粒子混合物包含75 wt. %或以下、70 wt. %或以下、65 wt. %或以下或60 wt. %或以下之量之玻璃料粒子。
  8. 如請求項1或2之導電膠，其中一或多種金屬化合物之該等實質上結晶粒子包含鋰化合物、鈉化合物、鉀化合物、鋇化合物、鈰化合物及鉍化合物中之一或多者。
  9. 如請求項1或2之導電膠，其中一或多種金屬化合物之該等實質上結晶粒子包含一或多種選自以下之化合物：金屬氧化物、金屬碳酸鹽、金屬硝酸鹽、金屬碳酸氫鹽、金屬草酸鹽、金屬乙酸鹽、及/或金屬甲酸鹽。
  10. 如請求項1或2之導電膠，其中一或多種金屬化合物之該等實質上結晶粒子包含Li2 CO3 、Na2 CO3 、BaCO3 、Ce2 O3 及Bi2 O3 中之一或多者。
  11. 如請求項1或2之導電膠，其中該無機粒子混合物包含總量為至少20 wt. %、至少25 wt.%、至少30 wt.%、至少35 wt.%或至少40 wt. %之實質上結晶粒子。
  12. 如請求項1或2之導電膠，其中該無機粒子混合物包含總量為75 wt. %或以下、60 wt. %或以下、55 wt. %或以下或50 wt. %或以下之實質上結晶粒子。
  13. 一種製備如請求項1或2之導電膠之方法，其包含以任何順序混合有機媒劑、導電材料及無機粒子混合物之組分。
  14. 如請求項13之方法，其包含在該無機粒子混合物之該等組分與該有機媒劑及該導電材料混合之前將該等組分共碾磨之步驟。
  15. 一種製備太陽能電池之方法，其包含將如請求項1或2之導電膠施加至半導體基板，及燒製該經施加之導電膠。
  16. 一種用於太陽能電池之電極，該電極包含半導體基板上之導電跡線，其中該導電跡線係藉由或可藉由將如請求項1或2之膠施加至半導體基板並燒製該經施加之導電膠獲得。
  17. 一種太陽能電池，其包含如請求項16之電極。
  18. 一種如請求項1或2之導電膠在製造太陽能電池之電極中之用途。
  19. 一種無機粒子混合物在如請求項1或2之導電膠中用以改良太陽能電池之串聯電阻之用途，其中該無機粒子混合物包含玻璃料之粒子及一或多種金屬化合物之實質上結晶粒子且其中該玻璃料包含至少90 mol% TeO2 。
TW108109220A 2018-03-21 2019-03-19 導電膠、方法、電極及太陽能電池 TW201940628A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GBGB1804472.7A GB201804472D0 (en) 2018-03-21 2018-03-21 Condutive paste, method, electrode and solar cell
GB1804472.7 2018-03-21

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW201940628A true TW201940628A (zh) 2019-10-16

Family

ID=62017894

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW108109220A TW201940628A (zh) 2018-03-21 2019-03-19 導電膠、方法、電極及太陽能電池

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20210017067A1 (zh)
EP (1) EP3768781A1 (zh)
KR (1) KR20200135804A (zh)
CN (1) CN111801392A (zh)
GB (1) GB201804472D0 (zh)
TW (1) TW201940628A (zh)
WO (1) WO2019180413A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB202005268D0 (en) 2020-04-09 2020-05-27 Johnson Matthey Plc Method of forming glass coatings and glass coated products
CN114121337B (zh) * 2021-12-22 2024-03-12 无锡帝科电子材料股份有限公司 电子浆料及其在太阳能电池片中的应用

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8900487B2 (en) * 2011-03-24 2014-12-02 E I Du Pont De Nemours And Company Conductive paste composition and semiconductor devices made therefrom
US8808581B2 (en) * 2011-08-15 2014-08-19 E I Du Pont De Nemours And Company Conductive compositions containing Li2RuO3 and ion-exchanged Li2RuO3 and their use in the manufacture of semiconductor devices
US9023254B2 (en) * 2011-10-20 2015-05-05 E I Du Pont De Nemours And Company Thick film silver paste and its use in the manufacture of semiconductor devices
KR101908738B1 (ko) * 2012-04-17 2018-10-16 헤레우스 프레셔스 메탈즈 노스 아메리카 콘쇼호켄 엘엘씨 태양 전지 접촉용 전도성 후막 페이스트
TWI594268B (zh) * 2012-04-17 2017-08-01 賀利氏貴金屬北美康舍霍肯有限責任公司 用於導電膏組成物之無機反應系統
US8845932B2 (en) * 2012-04-26 2014-09-30 E I Du Pont De Nemours And Company Thick film paste containing bismuth-tellurium-oxide and its use in the manufacture of semiconductor devices
CN103545015B (zh) * 2013-10-21 2016-08-24 深圳市首骋新材料科技有限公司 晶体硅太阳能电池正面电极导电浆料及其制备方法
TWI521545B (zh) * 2014-12-08 2016-02-11 碩禾電子材料股份有限公司 一種含無鉛玻璃熔塊之導電漿（二）
KR20160082468A (ko) * 2014-12-31 2016-07-08 헤레우스 프레셔스 메탈즈 노스 아메리카 콘쇼호켄 엘엘씨 전기전도성 페이스트 조성물용 유리 조성물
EP3387653A4 (en) * 2015-12-10 2019-07-17 Sun Chemical Corporation SILVER CONDUCTIVE PASTE COMPOSITION

Also Published As

Publication number Publication date
KR20200135804A (ko) 2020-12-03
WO2019180413A1 (en) 2019-09-26
GB201804472D0 (en) 2018-05-02
US20210017067A1 (en) 2021-01-21
CN111801392A (zh) 2020-10-20
EP3768781A1 (en) 2021-01-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3405961B1 (en) Conductive paste, method, electrode and solar cell
US20170044050A1 (en) Conductive paste, electrode and solar cell
US20210050462A1 (en) Conductive Paste And Conductive Track Or Coating
CN108352212B (zh) 形成导电轨或涂层的方法
TW201940628A (zh) 導電膠、方法、電極及太陽能電池
US20200152810A1 (en) Conductive paste, electrode and solar cell
EP3289592B1 (en) Conductive paste, electrode and solar cell