TWI632114B - 導電銀膠複合組成物 - Google Patents

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一種導電銀膠複合組成物，其包含：40wt%至80wt%的銀粉；0.1wt%至10wt%的惰性粒子；0.1wt%至3wt%的玻璃粉，其中該玻璃粉包含鉍系玻璃粉與碲系玻璃粉；及19.8wt%至59.8wt%的有機媒劑。該惰性粒子與特定種類的該玻璃粉有利於減少該導電銀膠複合組成物在進行燒結反應時所產生的咬蝕性，並且該導電銀膠複合組成物具有適宜的附著性。

Description

導電銀膠複合組成物
本發明係關於一種膠體組成物，特別是關於一種導電銀膠複合組成物。
太陽能電池發展至今，如何進一步降低成本並同時提升電池效率是主要關鍵之一。一般而言，提升現行的矽晶型太陽能電池的光電轉換效率，最主要的技術是進行表面鈍化處理。所謂的表面鈍化，就是為了減少載子在表面再結合，故在矽晶片背表面沉積一層絕緣鈍化薄膜以及一層如正表面結構的氮化矽(SiNx)的抗反射層。而這類具有表面鈍化結構之高效電池，稱為射極與背面鈍化結構太陽能電池(Passivated Emitter and Rear Cell；PERC)，其光電轉換效率可高達25%。
另一方面，過去習知用於矽晶太陽能電池的導電銀膠，一般是用於正面的鈍化層，其主要是利用含鉛及/或含鉍的玻璃粉作為燒結助劑，以提供金屬電極與矽晶基材間之附著功能。在此之中的反應機制，大致上是藉由玻璃中具高氧化力之氧化鉛(PbO)或氧化鉍(Bi2O3)來與底材表層的氮化矽(SiNx)產生氧化還原反應，以使氮化矽被氧化形成二氧化矽(SiO2)並溶入到玻璃體系中，而氧化鉛或氧化鉍則還原成金屬態並與導電銀膠的銀成分進行低溫合金反應，產生複雜的交互擴散作用之後，最後達到附著的功能。
按照目前PERC結構的高效電池的設計，電池背面係藉由鈍化層結構來降低表面載子複合率，以達成效率提升之目的。但是，上述的導電銀膠在透過玻璃粉進行燒結時，會對鈍化 層中的氮化矽(SiNx)產生咬蝕性，因此現有的導電銀膠並不能直接適用在位於電池背面的鈍化層。
故，有必要提供一種導電銀膠複合組成物，以解決習用技術所存在的問題。
本發明之一目的在於提供一種導電銀膠複合組成物，其係在導電銀膠複合組成物中包含有惰性粒子、與特定種類的玻璃粉，以減少導電銀膠複合組成物在進行燒結反應時所產生的咬蝕性，但又可達到可接受的附著性。
本發明之另一目的在於提供一種導電銀膠複合組成物，其係作為於PERC結構的高效電池的背銀膠的用途。
為達上述之目的，本發明提供一種導電銀膠複合組成物，其包含：40wt%至80wt%的銀粉；0.1wt%至10wt%的惰性粒子；0.1wt%至3wt%的玻璃粉，其中該玻璃粉包含鉍系玻璃粉與碲系玻璃粉；及19.8wt%至59.8wt%的有機媒劑。
在本發明之一實施例中，以該銀粉的總重為100重量份計，該銀粉包含：10至30重量份的奈米級銀粉，其中該奈米級銀粉的一平均粒徑係介於100至200奈米之間；及70至90重量份的微米級銀粉，其中該微米級銀粉的一平均粒徑係介於0.6至1.2微米之間。
在本發明之一實施例中，該惰性粒子的一平均粒徑係介於100奈米至3000奈米之間且包含惰性氧化物或氮化物中的至少一種。
在本發明之一實施例中，該惰性氧化物包含α-氧化鋁、γ-氧化鋁、氧化鋅、氧化鋯、氧化鉭、氧化鈣、氧化鎂、釔安定化氧化鋯或釔安定化氧化鎂中的至少一種。
在本發明之一實施例中，該氮化物包含氮化矽或氮化鋁中的至少一種。
在本發明之一實施例中，該玻璃粉的一平均粒徑介 於100奈米至1500奈米之間。
在本發明之一實施例中，以該鉍系玻璃粉的總重為100重量份計，該鉍系玻璃粉包含：20至55重量份的Bi2O3、5至35重量份的ZnO、5至10重量份的B2O3及1至10重量份的Al2O3。
在本發明之一實施例中，以該碲系玻璃粉的總重為100重量份計，該碲系玻璃粉包含：20至60重量份的TeO2、30至60重量份的Bi2O3及5至10重量份的WO3。
在本發明之一實施例中，該有機媒劑包含一分散劑、一有機溶劑、一有機添加劑或一有機黏結劑中的至少一種。
在本發明之一實施例中，該有機添加劑包含一介面活性劑、一潤滑劑或一安定劑中的至少一種。
第1圖：實施例1至5與比較例1至3的漏電流測試的結果圖。
第2圖：實施例1至5與比較例1至3的焊接拉力測試的結果圖。
第3圖：實施例1至5與比較例1至3的接觸電阻的量測結果圖。
第4圖：實施例1至5與比較例1至3的片電阻的量測結果圖。
為了讓本發明之上述及其他目的、特徵、優點能更明顯易懂，下文將特舉本發明較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。再者，本發明所提到的方向用語，例如上、下、頂、底、前、後、左、右、內、外、側面、周圍、中央、水平、橫向、垂直、縱向、軸向、徑向、最上層或最下層等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用以說明及理解本發 明，而非用以限制本發明。
本發明實施例之導電銀膠複合組成物，主要是作為太陽能電池的導電銀膠。例如在製作太陽能電池時，該導電銀膠複合組成物可以塗布在太陽能電池的正表面或背表面，以作為該太陽能電池的正電極或負電極。該導電銀膠複合組成物包含：40wt%至80wt%的銀粉；0.1wt%至10wt%的惰性粒子；0.1wt%至3wt%的玻璃粉，其中該玻璃粉包含鉍系玻璃粉與碲系玻璃粉；及19.8wt%至59.8wt%的有機媒劑。
在本發明實施例之導電銀膠複合組成物中，該銀粉主要是作為導電介質，較佳的情況是，該導電銀膠複合組成物在進行燒結步驟，銀粉(或其反應物)均勻的散布在太陽能電池的正表面或背表面。在一實施例中，以該銀粉的總重為100重量份計，該銀粉包含：10至30重量份的奈米級銀粉，其中該奈米級銀粉的一平均粒徑係介於100至200奈米之間；及70至90重量份的微米級銀粉，其中該微米級銀粉的一平均粒徑係介於0.6至1.2微米之間。
在本發明實施例之導電銀膠複合組成物中，該惰性粒子在進行燒結步驟後，大致上可形成一固形物，藉以使該導電銀膠複合組成物在進行燒結步驟後形成一穩定的厚膜結構(與不含該惰性粒子的導電銀膠相比)。在一實施例中，該惰性粒子的一平均粒徑係介於100奈米至3000奈米之間，且例如是包含惰性氧化物或氮化物中的至少一種的不含銀的物質。在一具體範例中，該惰性氧化物包含α-氧化鋁、γ-氧化鋁、氧化鋅、氧化鋯、氧化鉭、氧化鈣、氧化鎂、釔安定化氧化鋯或釔安定化氧化鎂中的至少一種。在另一具體範例中，該氮化物包含氮化矽或氮化鋁中的至少一種。
在本發明實施例之導電銀膠複合組成物中，該玻璃粉主要是作為燒結助劑，該玻璃粉的一平均粒徑例如是介於100奈米至1500奈米之間。要提到的是，本發明實施例所使用的玻璃 粉包含鉍系玻璃粉與碲系玻璃粉，且本案發明人發現若使用其他種類的玻璃粉並無法達到本案所能達成的效果(即在附著性與咬蝕性之間取得平衡)。在一實施例中，以該鉍系玻璃粉的總重為100重量份計，該鉍系玻璃粉包含：20至55重量份的Bi2O3、5至35重量份的ZnO、5至10重量份的B2O3及1至10重量份的Al2O3。另外，該鉍系玻璃粉還可包含有至少一種以上的一價鹼金屬氧化物與二價鹼土金屬氧化物作為修飾子。在另一實施例中，以該碲系玻璃粉的總重為100重量份計，該碲系玻璃粉包含：20至60重量份的TeO2、30至60重量份的Bi2O3及5至10重量份的WO3。另外，該碲系玻璃粉還可包含有至少一種以上的一價鹼金屬氧化物與二價鹼土金屬氧化物作為修飾子。
在本發明實施例之導電銀膠複合組成物中，該有機媒劑可包含多種輔助劑或媒介劑，例如該有機媒劑包含一分散劑、一有機溶劑、一有機添加劑或一有機黏結劑中的至少一種。在一實施例中，該分散劑可以包含硬脂酸或油酸等單鏈型羧酸分子。在另一實施例中，該有機溶劑可以包含乙醇、異丙醇、丁醇、煤油、松油醇(Terpineol)、二乙二醇單丁醚(Butyl Carbitol；BC)、二乙二醇單丁醚醋酸酯(Butyl Carbitol Aceta；BCA)、乙二醇單甲醚(Methoxyethanol；MOE)、三甲基戊二醇單異丁酸酯(2,2,4-Trimethyl-1,3-pentanediol monoisobutyrate)或三甲基戊二醇二異丁酸酯(2,2,4-Trimethyl-1,3-pentanediol diisobutyrate)等酯類。在又一實施例中，該有機添加劑包含一介面活性劑、一潤滑劑或一安定劑中的至少一種。該介面活性劑例如可以包含硬脂酸(Stearic acid)、油酸(Oleic acid)、月桂酸(dodecanoic acid)等飽和或不飽和脂肪酸；該安定劑與潤滑劑例如可以包含油酸醯氨(Erucylamide)、硬脂醯氨(Octadecanamide)等醯氨化合物。在再一實施例中，該有機黏結劑可以包含乙基纖維素(EC)、羥乙基纖維素(HEC)、羥丙基甲基纖維素(HPMC)、聚酸甲酯(PMMA)、聚乙烯醇(PVA)或聚乙烯吡咯烷酮(PVP)。
要提到的是，本發明一實施例之導電銀膠複合組成物至少是透過惰性粒子的存在，以降低導電銀膠複合組成物對於鈍化層的咬蝕性。更具體的說，由於惰性粒子與銀粉是隨機分布，所以惰性粒子會接觸一部分的鈍化層，從而避免鈍化層被咬蝕。另外，由於該惰性粒子的存在，導電銀膠複合組成物在進行燒結步驟會形成一穩定的厚膜結構於所塗布的電池表面，故具有較佳的結構穩定性。
要提到的是，本發明一實施例之導電銀膠複合組成物至少透過具有特定組成範圍的銀粉、惰性粒子、玻璃粉與有機媒劑，以達成上述的效果，即可減少導電銀膠複合組成物在進行燒結反應時所產生的咬蝕性，但又可達到可接受的附著性。
另外更要提到的是，本發明一實施例之導電銀膠複合組成物雖可以是用於PERC結構的高效電池的背銀膠的用途，但實際上也可用於其他太陽能電池種類的導電銀膠。而本發明實施例之導電銀膠複合組成物的特色之一在於，透過加入惰性粒子來減少銀粉的使用量，進而降低該導電銀膠複合組成物的材料成本，而且大致上具有相近似或較佳於現有的導電銀膠的導電效果。
以下舉出數個實施例與比較例，藉以證明本發明實施例之導電銀膠複合組成物可降低對鈍化層的破壞，還可提供良好的附著性。
實施例1
提供平均粒徑是2600奈米的氧化鋁(1重量份)作為惰性粒子，將上述的氧化鋁與1.2重量份的玻璃粉(鉍系玻璃粉與碲系玻璃粉的混合物，平均粒徑約為2000奈米)預混以得到一預混物。將預混物加入整體含量約為35.8重量份的有機媒劑(例如含有分散劑、有機溶劑、添加劑及/或黏結劑等)中，以超音波震盪均勻混合10至15分，並進行攪拌與脫泡混合。之後，將上述脫泡後產物與62重量份的銀粉進行混合，再以三滾筒來回均勻混練，以獲得實施例1之導電銀膠複合組成物。
實施例2至5
實施例2至5的製作方式大致上相同於實施例1，惟其不同之處在於部分的參數不同。例如實施例2使用的是平均粒徑是1000奈米的氧化鋁及平均粒徑約為2000奈米的玻璃粉；實施例3使用的是平均粒徑是300奈米的氧化鋁及平均粒徑約為2000奈米的玻璃粉；實施例4使用的是平均粒徑是1000奈米的氧化鋁及平均粒徑約為500奈米的經研磨玻璃粉；實施例5使用的是平均粒徑是300奈米的氧化鋁及平均粒徑約為500奈米的經研磨玻璃粉。
比較例1
將35.8重量份的有機媒劑(例如含有分散劑、有機溶劑、添加劑及/或黏結劑等)與62重量份的銀粉進行混合，再以三滾筒來回均勻混練，以獲得比較例1之導電銀膠複合組成物。
比較例2
提供1.2重量份的玻璃粉(鉍系玻璃粉與確系玻璃粉的混合物，平均粒徑約為2000奈米)加入整體含量約為35.8重量份的有機媒劑(例如含有分散劑、有機溶劑、添加劑及/或黏結劑等)中，以超音波震盪均勻混合10至15分，並進行攪拌與脫泡混合。之後，將上述脫泡後產物與62重量份的銀粉進行混合，再以三滾筒來回均勻混練，以獲得比較例2之導電銀膠複合組成物。
比較例3
比較例3的製作方式大致上相同於比較例2，惟其不同之處在於所使用的玻璃粉已經過研磨而具有約為500奈米的平均粒徑。
分析方式：
漏電流測試：
如前面所述，本發明之導電銀膠複合組成物主要是應用在PERC結構的高效電池的背電極。故將實施例1至5與比較例1至3的導電銀膠複合組成物分別塗布在各個具有PERC結 構的高效電池的背表面的鈍化層(鈍化層的厚度為150奈米)上，並且透過紅外線(IR)快速燒附製程來進行燒結步驟。之後，以兩點式電壓掃描量測電流方式，在兩電極固定間距為5毫米的條件下，進行漏電流測試，根據漏電流的大小可作為鈍化層的破壞程度之評估標準。所得的分析結果請參照第1圖。
焊接拉力測試：
背銀膠除了作為電極之外，還需提供良好的附著性，以確保太陽能電池的使用可靠度，一般是採用焊接拉力作為判斷標準。焊接拉力的測試中，使用購自Ulbrich(North Haven CT)的焊帶(寬為1.5毫米，其中錫鉛成分比是1.5(Sn60/Pb40))、購自Kester公司的焊劑(920CXF)，並在220℃下進行焊接。在拉力測試中，是將太陽能電池片固定於拉力機台平台上，以夾具固定焊接帶一端，並以角度180度拉焊接帶，速度為120mm/s方式測量並取得拉力值。所得的分析結果請參照第2圖，其中，比較例1至3與實施例1至5的焊接拉力平均值依序為：0.24N/mm、2.07N/mm、2.21N/mm、2.02N/mm、2.24N/mm、2.00N/mm、2.54N/mm及2.40N/mm。
電性量測：
對各個實施例與比較例進行背銀膠與鋁電極間接觸電阻Rc與背銀膠片電阻Rsheet的電性量測，所得的分析結果如第3圖與第4圖所示。
首先就第1與2圖可知，比較例1在未加玻璃粉的條件下，所以對鈍化層破壞程度最小，但是在焊接上不具附著性。比較例2與3雖然具有焊接附著性，但是由於缺乏惰性粒子來減少咬蝕性，所以具有比實施例1至5更大的漏電流。換言之，實施例1至5的導電銀膠複合組成物可減少在進行燒結反應時所產生的咬蝕性，但又可達到可接受的附著性
接著就第3圖而言，實施例1至5與比較例1至3的接觸電阻Rc與皆落在25至30mΩ之間，故加入惰性粒子大致 上不影響背銀膠與背鋁膠的相容性。另外，就第4圖而言，雖然實施例1至5由於加入惰性粒子(其為絕緣粒子)而導致具有較高的片電阻Rsheet，但惰性粒子的添加含量在介於0.1wt%至10wt%之間大致上不影響太陽能電池的電池效率。
雖然本發明已以較佳實施例揭露，然其並非用以限制本發明，任何熟習此項技藝之人士，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種更動與修飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (9)

  1. 一種導電銀膠複合組成物，其包含：40wt%至80wt%的銀粉，其中以該銀粉的總重為100重量份計，該銀粉包含：10至30重量份的奈米級銀粉，其中該奈米級銀粉的一平均粒徑係介於100至200奈米之間；及70至90重量份的微米級銀粉，其中該微米級銀粉的一平均粒徑係介於0.6至1.2微米之間；0.1wt%至10wt%的惰性粒子；0.1wt%至3wt%的玻璃粉，其中該玻璃粉包含鉍系玻璃粉與碲系玻璃粉；及19.8wt%至59.8wt%的有機媒劑。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之導電銀膠複合組成物，其中該惰性粒子的一平均粒徑係介於100奈米至3000奈米之間且包含惰性氧化物或氮化物中的至少一種。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之導電銀膠複合組成物，其中該惰性氧化物包含α-氧化鋁、γ-氧化鋁、氧化鋅、氧化鋯、氧化鉭、氧化鈣、氧化鎂、釔安定化氧化鋯或釔安定化氧化鎂中的至少一種。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之導電銀膠複合組成物，其中該氮化物包含氮化矽或氮化鋁中的至少一種。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之導電銀膠複合組成物，其中該玻璃粉的一平均粒徑介於100奈米至1500奈米之間。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之導電銀膠複合組成物，其中以 該鉍系玻璃粉的總重為100重量份計，該鉍系玻璃粉包含：20至55重量份的Bi2O3、5至35重量份的ZnO、5至10重量份的B2O3及1至10重量份的Al2O3。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之導電銀膠複合組成物，其中以該碲系玻璃粉的總重為100重量份計，該碲系玻璃粉包含：20至60重量份的TeO2、30至60重量份的Bi2O3及5至10重量份的WO3。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之導電銀膠複合組成物，其中該有機媒劑包含一分散劑、一有機溶劑、一有機添加劑或一有機黏結劑中的至少一種。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之導電銀膠複合組成物，其中該有機添加劑包含一介面活性劑、一潤滑劑或一安定劑中的至少一種。
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