TWI596784B - Conductive silver paste for solar cell manufacturing - Google Patents

Description

用於太陽能電池製程之導電銀漿

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銀漿。

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接面處產生一電子電洞對（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 A1號、US 2014/0083489 A1號。

一般而言，習知太陽能電池所使用的導電電極係以一導電漿料圖案化塗佈於該太陽能電池基板上，該導電漿料包含玻璃介質、導電材料以及有機載體。就現行應用而言，大多採用銀或鋁作為該導電漿料，如美國發明專利公開第US 2013/0026425 A1號，揭示一種導電成分及其製程，該導電成分包括一導電功能混合物，其中該導電功能混合物由一金屬以及一金屬氧化物組成，該金屬為主體且該金屬氧化物係為填料，該金屬氧化物的重量百分比介於0.5 wt.%至5 wt.%之間，且該金屬氧化物包括氧化鋁、氧化銅、氧化鋅、氧化鋯、氧化矽及其組合；或者，如美國發明專利公告第US 8,383,011 B2號，揭示一種含有金屬有機改性劑的導電油墨，含有一玻璃料、一導電物質、一有機介質及一或多種在焙燒後形成金屬氧化物的金屬有機成分，其中，該金屬有機成分含有鉍金屬有機物，且其足以在焙燒後形成至少l wt.%的金屬氧化物，該玻璃料包含氧化鉍、二氧化矽、氧化硼、二氧化碲及其組合。

然而，由於習知的導電漿料和基板的熱膨脹係數並不匹配，故在燒結後容易產生應力破壞，或者發生線擴的現象，進而影響製程良率。

本發明的主要目的，在於解決習知用於太陽能電池之導電漿料，因其與基板的熱膨脹係數不匹配，而在燒結後容易產生應力破壞或線擴的問題。

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銀漿，包含一有機物載體、一導電材料、一玻璃介質及一銀前趨物，該導電材料、該玻璃介質及該銀前趨物分別分散於該有機物載體內，該銀前趨物於該導電銀漿中的重量百分比介於0.01 wt.%至10 wt.%之間且擇自於一氧化銀、氧化銀、硝酸銀、碘化銀、溴化銀、氯化銀及氟化銀所組成之群組。

由以上可知，本發明相較於習知技藝可達到之功效在於，由於本發明的導電銀漿中採用該銀前趨物，該銀前趨物燒結加熱時將裂解為銀及氣體，當氣體蒸發後該銀前趨物的體積縮小，相對地該導電銀漿的整體膨脹率亦縮小，如此一來，該導電銀漿與基板的熱膨脹係數將較為匹配，避免熱應力所產生的破壞，也避免了線擴的問題，且可提升機械強度，進而提升製程良率。

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銀漿，包含一有機物載體、一導電材料、一玻璃介質以及一銀前趨物，該導電材料、該玻璃介質及該銀前趨物各自分散於該有機物載體內。於本發明中，該銀前趨物的種類可為一氧化銀(AgO)、氧化銀(Ag ₂O)、硝酸銀(AgNO ₃)、碘化銀(AgI)、溴化銀(AgBr)、氯化銀(AgCl)、氟化銀(AgF)或上述之組合，且該銀前趨物於該導電銀漿的重量百分比介於0.01 wt.%至10 wt.%之間。本發明利用加入該銀前驅物，當包含該銀前驅物的該導電銀漿燒結而加熱時，該銀前驅物將裂解為銀(Ag)及氣體，當氣體蒸發後該銀前趨物的體積縮小，相對地該導電銀漿的整體膨脹率亦縮小，由於膨脹率增加會使該導電銀漿擴散而不易牢固於一承載板上，使該導電銀漿的機械強度降低，故藉由該銀前驅物於該導電銀漿中裂解，如此一來，該導電銀漿與基板的熱膨脹係數將較為匹配，避免熱應力所產生的破壞，也避免了線擴的問題，且可提升機械強度。

該導電材料可為銀、銀氧化物、銀鹽、銅、鈀、鋁或其組合，且該導電材料於該導電銀漿的重量百分比介於78.5wt.%至93.5 wt.%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)或上述之衍生物，且該有機物載體於該導電銀漿的重量百分比介於5 wt.%至20 wt.%之間。

該玻璃介質於該導電銀漿的重量百分比介於1 wt.%至10wt.%之間，該玻璃介質包括重量百分比介於0.1 wt.%至10 wt.%之間的二氧化矽、重量百分比介於30 wt.%至80 wt.%之間的二氧化碲、重量百分比介於5 wt.%至35 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。而氧化碲、氧化鉛、氧化鉍及氧化鋅則為玻璃中間體(Glass intermediates)，在特定條件下，如存在該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，該玻璃介質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，利用氧化矽、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。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』及『圖2A』至『圖2D』所示，分別為本發明應用於太陽能電池之結構示意圖及本發明應用於太陽能電池之製程步驟示意圖，該太陽能電池之製程方法如下：

S1：如『圖2A』所示，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上進行一摻雜製程而於該p型半導體基材11上形成一n型半導體層12，即形成本案的該太陽能電池基板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：如『圖2B』所示，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：如『圖2C』所示，形成一前導電銀漿層30以及一後導電銀漿層40，將本發明之該導電銀漿塗佈於該抗反射層20遠離該太陽能電池基板10一側，以形成該前導電銀漿層30，並以一後電極導電銀漿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銀漿層40，其中該後電極導電銀漿的導電金屬可為鎳、銀、鋁、銅、鈀、金或錫等，於本發明中，亦可將該導電銀漿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銀漿層40；

S4：如『圖2D』所示，進行一燒結製程而形成一前導電電極31以及一後導電電極41，使該前導電銀漿層30穿過該抗反射層20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，該後導電銀漿層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，在此不另行贅述。

於一實施例中，該導電銀漿中的該玻璃介質所含的二氧化矽重量百分比介於1 wt.%至10 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，該導電銀漿的黏稠度亦可獲得提升，使得該前導電銀漿層30的線寬不因黏度過低而有所改變，即，該導電銀漿可避免線擴的問題，藉以穩定該太陽能電池於製程時的良率。另外，由於該導電銀漿中含有該銀前驅物經加熱而分解出的銀，除了增進該前導電電極31的導電性外，亦加強其機械強度。

以上已將本發明做一詳細說明，惟以上所述者，僅爲本發明的一較佳實施例而已，當不能限定本發明實施的範圍。即凡依本發明申請範圍所作的均等變化與修飾等，皆應仍屬本發明的專利涵蓋範圍內。

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‧‧‧前導電銀漿層

31‧‧‧前導電電極

40‧‧‧後導電銀漿層

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‧‧‧前導電銀漿層

40‧‧‧後導電銀漿層

Claims (6)

1. 一種用於太陽能電池製程之導電銀漿，包含：一有機物載體；一分散於該有機物載體內的導電材料，且該導電材料之重量百分比介於78.5wt.%至93.5wt.%之間；一分散於該有機物載體內的玻璃介質；以及一分散於該有機物載體內的銀前趨物，其中該銀前趨物於該導電銀漿中的重量百分比介於0.01wt.%至10wt.%之間且擇自於一氧化銀、氧化銀、硝酸銀、碘化銀、溴化銀、氯化銀及氟化銀所組成之群組。
2. 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銀漿，其中該玻璃介質包含重量百分比介於0.1wt.%至10wt.%之間的二氧化矽、重量百分比介於30wt.%至80wt.%之間的二氧化碲、重量百分比介於5wt.%至35wt.%之間的三氧化二鉍、重量百分比介於0.1wt.%至5wt.%之間的氧化鋰以及重量百分比介於0.1wt.%至20wt.%之間的氧化鋅。
3. 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銀漿，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之群組。
4. 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銀漿，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。
5. 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銀漿，其中該有機物載體之重量百分比介於5wt.%至20wt.%之間。
6. 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銀漿，其中該玻璃介質之重量百分比介於1wt.%至10wt.%之間。