TWI678711B - 導電漿料組合物及應用該導電漿料組合物之太陽能電池 - Google Patents

Abstract

本發明係提供一種導電漿料組合物，其係包含：鋁粉；有機載體，其係包括有機溶劑與樹脂或纖維素；苯氧基醇，其係佔前述導電漿料組合物的2~10重量%。本發明藉由於導電漿料組合物中添加苯氧基醇，可以提高導電漿料的表面張力，並提高其與電池片的表面張力差值，改變漿料與晶片間的潤濕行為，使得所印刷之線路擴線行為降低，提升印刷線路之高寬比，增加電池片之受光面積，進而提高太陽能電池(特別是局部背面場太陽能電池、PERC雙面電池片)之光電轉換效率。

Description

導電漿料組合物及應用該導電漿料組合物之太陽能電池

本發明係關於一種導電漿料組合物及應用該導電漿料組合物之太陽能電池。

細線印刷係廣泛地應用於太陽能電池，特別是太陽能電池片的導電漿。然而，在進行細線印刷時，其所產生的擴線問題係有影響太陽能電池的光電轉化效率之虞。

針對上述缺陷，有人提出一種控制印刷線路擴線的方法，例如提高印刷漿料的觸變性。其手段可藉由加入如氣相法二氧化矽(Fumed Silica)、氫化蓖麻油、改性聚脲化合物、聚醯胺蠟等觸變劑。藉由增稠觸變等的觸變劑作用，來解決細線印刷時的擴線行為。

又，亦有人提出藉由使用如乙二醇等表面張力改性劑，來提高印刷漿料的觸變性，進而解決細線印刷時的擴線行為。

然而，習知技術仍無法有效地解決在太陽能電池中之細線印刷時的擴線行為。此係因為，一般導電漿料(以下亦將「導電漿料」稱為「漿料」)係被要求對矽基板有良好接觸，因此漿料流動性極好，潤濕能力很強。但 是在高表面張力的印刷基材表面，由於印刷基材的表面張力高於漿料，因此漿料很容易潤濕基材表面，此時，細小線路的印刷就變得難以控制。雖然觸變助劑的增加使漿料觸變性增加，但漿料的整體黏度也會增加，導致網版上的漿料不易進入網孔，同時也不易下墨，造成印刷線路斷線，導致電路斷路不通或是電荷無法有效傳遞，造成太陽能電池的光電轉換效率下降或是無法達到預期。

此外，習知技術之觸變劑係含有碳-氮鍵結構或無機物成分，在太陽能電池片燒結後，因為前述碳-氮鍵結構或無機物成分不易燒除，故容易殘留在導電層(例如鋁層)內。又，因為前述碳-氮鍵結構或無機物成分屬於不導電物質，若殘留於導電層，則會影響太陽能電池之導電性。

再者，若使用如乙二醇等表面張力改性劑，則因為乙二醇的極性相當高，其無法有效地與導電漿料中的樹脂(特別是乙基纖維素)相容，故可能使導電漿料的系統產生不穩定的現象。

因此，急需一種導電漿料組合物，其能夠應用於矽基材太陽能電池，並大幅度地降低太陽能電池細線印刷時的擴線問題，且能夠同時提升太陽能電池的光電轉換效率，以促進產業升級。

為達上述目的及其他目的，本發明係提供一種導電漿料組合物，其係包含：鋁粉；有機載體，其係包括有機溶劑與樹脂或纖維素；苯氧基醇，其係佔前述導電漿料組合物的2~10重量%。

在一實施例的導電漿料組合物中，前述苯氧基醇係佔前述導電漿料組合物的2~8重量%。

在一實施例的導電漿料組合物中，前述苯氧基醇係苯氧乙醇或苯氧丙醇。

在一實施例的導電漿料組合物中，前述鋁粉佔前述導電漿料組合物的60~85重量%。

在一實施例的導電漿料組合物中，前述有機載體的黏度為1~15Kcps。

在一實施例的導電漿料組合物中，進一步包含玻璃粉。

在一實施例的導電漿料組合物中，該有機載體係進一步包含添加劑，其係選自由分散劑、流平劑、脫泡劑、抗沉降劑、觸變助劑及偶合劑所組成之群組中至少任一者。

本發明係還提供一種太陽能電池，其係包含上述之導電漿料組合物。

更詳細而言，本發明詳述如下。

若欲提高太陽能電池(更特定而言，指太陽能電池片)的光電轉化效率，除了電池片本身提高品質以延長載子壽命，還有降低電池片串聯電阻、提高開路電壓(Voc)、短路電流(Isc)等。近來開始有研發雙面(Bifacial)鈍化發射極觸點(PERC,Passivated Emitter and Rear Cell)電池片，即所謂的雙玻電池片或PERC雙面電池片(以下亦簡稱為雙面電池片)。此種作法即在背面印刷細線形成背面電場，且因地面反射或特定光線所傳送到電池片背面，光線進入電池片後在P-N界面可形成電子-電洞對。因為雙面電池片於背面亦印刷有細線，故提升了受光面積，但若產生擴線則會降低背面吸收光的效率。又，雙面電池片特別應用於下雪的環境，沒人維護時，背面可接收光，進而發熱，溶掉正面的雪。又，雙面電池片亦可增加電池片的總電流效率，而這相當於增加電池片的光接 收面積。再者，因為一般電池片上的導電漿料具有遮光性，若減少漿料遮光面積，即是增加電池片的受光面積，如此亦可提高電池片之光電轉化效率。

而在太陽能電池片(特別是雙面電池片)上印刷線路時，若欲維持相同的電阻值，又須降低遮光面積，唯有提高印刷線路的高寬比。本發明藉由添加特定比例的苯氧基醇(Phenoxy alkyl alcohol)，可以有效提高漿料的表面張力、提高表面張力差值及降低漿料與晶片間的潤濕狀態，進而降低擴線狀況。

此外，苯氧乙醇、苯氧丙醇的沸點約在240℃。因此，苯氧基醇可在太陽能電池片的乾燥階段揮發或完全移除，故不會影響太陽能電池片的電性。

本發明藉由於導電漿料組合物中添加苯氧基醇，可以提高導電漿料的表面張力，並提高其與電池片的表面張力差值，改變漿料與晶片間的潤濕行為，使得所印刷之線路擴線行為降低，提升印刷線路之高寬比，增加電池片之受光面積，進而提高太陽能電池(特別是局部背面場太陽能電池、雙玻電池片)之光電轉換效率。

本發明的導電漿料組合物，係能夠降低線路擴線行為、提升印刷線路之高寬比及增加太陽能電池片之受光面積，進而提高太陽能電池之光電轉換效率。

為充分瞭解本發明之目的、特徵及功效，茲藉由下述具體之實施例，對本發明做一詳細說明，說明如後：

又，若未特別進行說明，則本發明所指的「%」係指「重量%」。

本發明所提供之導電漿料，其組成包括：有機載體、鋁粉、苯氧基醇。其中，苯氧基醇(Phenoxy alkyl alcohol)佔導電漿料全體重量的2~10%，較佳係2~8%。又，苯氧基醇較佳係以溶劑的狀態而存在。又，苯氧基醇較佳係苯氧乙醇或苯氧丙醇，但不限於此。

又，製作本實施例之導電漿料組合物的方法係至少包含：第一步驟S1~第三步驟S3。

第一步驟S1，將有機溶劑與樹脂或纖維素混合，以形成一均勻有機載體。應注意的是，在第一步驟S1中，還可依需求加入添加劑，來形成有機載體。

第二步驟S2，將鋁粉及苯氧基醇，與該有機載體混合並研磨，以形成導電漿料前驅物。應注意的是，在第二步驟S2中，還可依需求添加玻璃粉，來與該有機載體混合並研磨，以形成導電漿料前驅物。在第二步驟S2中，較佳係以三輥研磨機(廠牌型號：Exakt 80E)研磨，進而獲得導電漿料前驅物。

第三步驟S3，攪拌且使前述第二步驟S2所獲得之導電漿料前驅物混合並分散，之後，形成導電漿料組合物。

又，在第一步驟S1中，有機載體的黏度約在1~15Kcps，較佳係10~15Kcps。藉由控制有機載體的黏度，以使得導電漿料組合物具有一最佳黏度。

又，在第一步驟S1中，纖維素(或樹脂)的含量約佔導電漿料組合物總重的1~4重量%，較佳係2~3重量%。同時，就樹脂的選擇而言，可包括木松香或聚丙烯腈等，但並不以此為限；就纖維素的選擇而言，可包括乙基纖維素或丙基纖維素等，但並不以此為限。

又，在第一步驟S1中，若有加入添加劑，則添加劑的含量約佔導電漿料組合物總重的0.2~2.5重量%，較佳係1.5~2重量%。同時，就添加劑的選擇而言，可包括分散劑、流平劑、脫泡劑、抗沉降劑、觸變助劑、偶合劑等，但並不以此為限。

又，在第二步驟S2中，苯氧基醇的含量較佳係佔導電漿料組合物總重的2~10重量%，較佳係2~8重量%。

又，在第二步驟S2中，若有加入玻璃粉，則玻璃粉係佔導電漿料組合物總重的0.1~5重量%，較佳為佔3~4重量%。就玻璃粉的選擇而言，可選用釩系、鉍系玻璃粉或是其他系的玻璃粉，且較佳係選用於下述表1所示之玻璃粉，但並不以此為限。可單獨使用一種玻璃粉，亦可合併使用多種玻璃粉。

接著，參照表2，並針對一實施例的導電漿料組合物進行說明。

在一實施例的導電漿料組合物中，樹脂(或纖維素)的含量係佔導電漿料組合物1的1~4重量%；有機溶劑的含量係佔導電漿料組合物的5~20重量%；苯氧基醇的含量係佔導電漿料組合物的2~10重量%；添加劑的含量係佔導電漿料組合物的0.2~2.5重量%；玻璃粉的含量係佔導電漿料組合物的0.1~5重量%；鋁粉的含量係佔導電漿料組合物的60~85重量%。藉由將導電漿料組合物的組成範圍控制在上述範圍，能夠獲得更進一步地降低細線擴線之太陽能雙面電池片。

同時，就有機溶劑的選擇而言，可包括醇醚類有機溶劑、酯醇成膜劑(TEXANOL®,EASTMAN CHEMICAL COMPANY)、松油醇或二乙二醇丁醚(Diethylene glycol monobutyl ether)等，但並不以此為限。

(導電漿料組合物的製備)

依據上述第一步驟S1~第三步驟S3，並按照下述表3及表4之配比，製備導電漿料組合物的比較例1~6與實施例1~8。

又，將比較例1~6與實施例1~8所使用的成分顯示於以下表5。

使用上述實施例1~8及比較例1~6所製得之含鋁粉的導電漿料組合物，依據下述方式，測量其黏度、線高與線寬、以及電性，並將結果顯示於表6及表7：

<黏度>

使用Brookfield DVII黏度計，於25±0.3℃、0.5rpm及20rpm的條件下，測量上述實施例1~8及比較例1~6所製得之含鋁粉的導電漿料組合物黏度。

<線高與線寬>

使用325mesh/線徑23μm的網布作為網版，印刷之線路線寬為150μm，乳劑厚度為20μm。將上述實施例1~8及比較例1~6所製得之含鋁粉的導電漿料組合物，於印刷機以相同網版、印刷條件印刷於空白(雙面)PERC電池片。經過150~250℃乾燥後，送入高溫燒結爐進行有機物燒除及鋁層燒結。接著，使用3D顯微鏡量測細線的線高與線寬，並依照下列公式計算高寬比(%)及擴線的比例(%)。

高寬比(%)=線高(μm)/線寬(μm)...式(1)

擴線(%)=(燒結後之線寬(μm)-原線寬(μm))/原線寬(μm))...式(2)

<電性>

使用325mesh/線徑23μm的網布作為網版，印刷之線路線寬為150μm，乳劑厚度為20μm。將上述實施例1~8及比較例1~6所製得之含鋁粉的導電漿料組合物，於印刷機以相同網版、印刷條件印刷於空白(雙面)PERC電池片。經過150~250℃乾燥後，送入高溫燒結爐進行有機物燒除及鋁層燒結。燒結後的(雙面)PERC電池片以電壓電流試驗(IV test)量測正背面電性，測試(雙面)PERC電池片之光電轉換效率(Eff)(%)、開路電壓(Voc(V))及短路電流(Isc(A))，測試機台型號為芬蘭Endeas公司生產之QuickSun 120CA。

由表6的結果能夠得知，藉由添加苯氧乙醇，則導電漿料組合物的高寬比呈上升趨勢，而擴線比例呈下降趨勢。具體而言，相較於未添加苯氧乙醇(比較例1)之擴線比例約為25%且高寬比約為13%，實施例3、實施例4及比較例3擴線比例可下降至11~12%，且高寬比能夠增加到15%以上。再者，基本 上，隨著苯氧乙醇的比例增加，黏度也增加。又，雖然比較例3的擴線比例及高寬比皆優異，但因為導電漿料組合物的黏度較佳不係超過300Kcp，若超過300Kcp則可能有網版上的導電漿料組合物不易進入網孔之情形，故比較例3的黏度過高而不佳。另外，因為實施例4的高寬比、擴線比例跟總效率皆與比較例3接近，故能夠得知，若苯氧乙醇的添加比例超過10%，就高寬比、擴線比例及總效率而言，則就超過10%的部分，並未產生特別突出的效果。換言之，在苯氧乙醇的添加比例為10%時，即已達到臨界效果，添加過多苯氧乙醇會使黏度過高，可能有網版上的導電漿料組合物不易進入網孔之情形，反而不佳。因此，苯氧乙醇的添加比例較佳係不超過10%。

又，從比較例1及比較例2能夠得知，若僅添加1%的苯氧乙醇，則對於高寬比、擴線比例及總效率皆未有顯著的改善效果，但若參照比較例1及實施例1，則能夠發現實施例1之高寬比、擴線比例及總效率皆有顯著的改善效果。舉例來說，添加1%苯氧乙醇(比較例2)，能夠使比較例1(0%苯氧乙醇)的擴線比例下降約1%、總效率增加約0.1%；但若添加2%苯氧乙醇(實施例1)，則可發現，能夠使比較例1(0%苯氧乙醇)的擴線比例下降約8%、總效率增加約0.33%。因此，苯氧乙醇的添加比例較佳係2%以上。

再者，從表6能夠發現，實施例3在高寬比、擴線比例及總效率都能獲得較佳的結果，特別是總效率方面，可提升至35.817%，故為實施例3最佳的實施態樣。

接著，若參照表7，則能夠發現，其與表6具有相似的趨勢。舉例來說，比較例6雖然添加了15%的苯氧丙醇，但其高寬比為13.86%，與未添加苯氧丙醇的比較例4(0%苯氧丙醇)相同，且比較例6的黏度亦超過300Kcp，故為不佳。相對於此，實施例8(10%苯氧丙醇)的高寬比(15.18%)、黏度(300.05Kcp)皆為較佳態樣，故可得知苯氧丙醇的添加比例亦以不超過10%為佳。又，若參 照比較例4、5及實施例5，則如同表6的結果般，舉例來說，添加1%苯氧丙醇(比較例5)，能夠使比較例4(0%苯氧丙醇)的擴線比例下降約1.3%、總效率增加約0.08%；但若添加2%苯氧丙醇(實施例5)，則可發現，能夠使比較例4(0%苯氧丙醇)的擴線比例下降約12%、總效率增加約0.34%。因此，苯氧丙醇的添加比例較佳係2%以上。

由此可知，即使將苯氧乙醇替換成苯氧丙醇(或其他苯氧基醇)，也能夠得到相近的效果。又，苯氧丙醇的添加比例較佳亦在2~10重量%，更佳係在2~8重量%，最佳係在8重量%(實施例7，總效率為35.82%)。

因此，由表6及表7能夠得知，苯氧基醇的添加比例較佳係在2~10重量%，更佳係在2~8重量%，最佳係在8重量%(實施例3、7)。

<小結>

因為細線印刷特別是應用於雙面電池片的導電漿料，若背面鋁層線路較細，則使得背面之受光面積增加。此時，由表6及表7的結果得知，雖然量測正面時的短路電流(Isc)可能因背鋁層面積減少使得鋁層反射之光線減少而降低，但含有苯氧基醇之導電漿料組合物所形成之低擴線且高寬比較高的線路，其背面量測的效率因遮光面積降低而有上升趨勢，這使得正、背面效率加總是增加的。

因此，綜上所述，本發明藉由使用苯氧基醇，可以降低細線印刷的擴線問題，提高線路之高寬比且提升光電轉換效率，進而能夠應用在使用細線印刷之太陽能電池，例如PERC雙面電池片、局部背面場太陽能電池等。

本發明在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本發明，而不應解讀為限制本發明之範圍。應注 意的是，舉凡與該實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本發明之範疇內。因此，本發明之保護範圍當以申請專利範圍所界定者為準。

Claims (8)

1. 一種導電漿料組合物，其係包含：鋁粉；有機載體，其係包括有機溶劑與樹脂或纖維素；苯氧基醇，其係佔前述導電漿料組合物的4~10重量%。
2. 如請求項1所述之導電漿料組合物，其中，前述苯氧基醇係佔前述導電漿料組合物的4~8重量%。
3. 如請求項1所述之導電漿料組合物，其中，前述苯氧基醇係苯氧乙醇或苯氧丙醇。
4. 如請求項1~3中任一項所述之導電漿料組合物，其中，前述鋁粉佔前述導電漿料組合物的60~85重量%。
5. 如請求項1~3中任一項所述之導電漿料組合物，其中，前述有機載體的黏度為1~15Kcps。
6. 如請求項1~3中任一項所述之導電漿料組合物，其中，進一步包含玻璃粉。
7. 如請求項1~3中任一項所述之導電漿料組合物，其中，該有機載體係進一步包含添加劑，其係選自由分散劑、流平劑、脫泡劑、抗沉降劑、觸變助劑及偶合劑所組成之群組中至少任一者。
8. 一種太陽能電池，其係包含如請求項1~7中任一項所述之導電漿料組合物。