TWI688551B - 太陽能電池導電漿及其製造方法、以及高方阻太陽能電池電極的製造方法 - Google Patents

太陽能電池導電漿及其製造方法、以及高方阻太陽能電池電極的製造方法 Download PDF

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Abstract

一種適用於高方阻太陽能電池電極之導電漿,其包含一玻璃粉、一金屬粉、以及一有機載體。本發明藉由改變玻璃粉成分使得玻璃裡能夠自發的產生軟化點溫度差距在40℃以上之雙重相,其低溫相主要參與界面反應,而高溫相主要作為拉力補強,使所產出之高方阻太陽能電池可以兼顧電性以及拉力強度。

Description

太陽能電池導電漿及其製造方法、以及高方阻太 陽能電池電極的製造方法
本發明是有關於一種導電漿及其製造方法、以及一種電極的製造方法,且特別是有關於高方阻太陽能電池正面電極用之導電漿及其製造方法、以及高方阻太陽能電池正面電極的製造方法。
圖1顯示習知一太陽能電池的剖面圖,若矽基板110為3價元素(例如”硼”)摻雜,一般稱為P型矽基板。若矽基板110為5價元素(例如”磷”)摻雜,則稱為N型矽基板。以下以P型矽基板作為說明之用,如圖1所示,太陽能電池100包含一P型矽基板110、一N型雜質層120、一抗反射層130、一正面電極140、一背面電極150、以及p+-矽層160。
N型雜質層120位於P型矽基板110的正面,該P型矽基板110其厚度大約為170至300μm間。抗反射層130及正面電極140形成於N型雜質層120上。N型雜質層120的厚度大約為0.1至1μm間。正面電極140電連接於N型雜質層120,背面電極150位於P型矽基板110的背面。N型雜質層對於太陽能電池性能有很大的影響,N型雜質濃度高,正面電極可有較低的接觸阻抗,光電流較易導出,但是高N型雜質濃度也增加光電子被復合 (recombination)的機會,降低光電轉換效率,因此為了提升光電轉換效率,太陽能電池往低N型雜質濃度(也就是高方阻)的方向發展,然而高方阻也意味著較高的接觸阻抗,因此導電漿能否在高方阻電池上形成良好的電極接觸將是此一低成本、高效率太陽能電池能否成功的關鍵因素。由於高方阻太陽能電池p-n接面(p-n junction)的深度較淺,為了避免高溫燒結時蝕穿p-n接面,因此玻璃粉的使用量較少,但是減少玻璃粉用量會影響拉力強度,尤其在減少導電漿使用量的產業趨勢下,低印重(paste lay-down)的要求使得玻璃粉用量更低,這將造成高效率、高方阻太陽能電池拉力強度不足的問題。在實務上,會在導電漿內導入兩種或兩種以上的玻璃粉,除了主要用來形成電極接觸的玻璃粉之外,還需要另外一支用來改善拉力強度的玻璃粉,用來改善拉力強度的玻璃粉一般會有比較高的玻璃軟化點。
目前市場主流的矽晶太陽能電池其結構屬於二極體元件,其正面(也就是受光面)電極材料為可網印之銀導電漿,網印製程的優點包括製程簡單、電極材料損耗較少、可連續生產等。矽晶太陽能電池正面電極用導電漿之組成一般包括金屬粉(ex.銀粉)、玻璃粉、有機載體以及一些添加助劑,美國專利US 4,163,678、US 4,737,197、US 5,661,041揭示了關於太陽能電池用導電漿以及使用此導電漿製作出正面電極的製造方法。矽晶太陽能電池的基材為矽晶片,該矽晶片可為p-摻雜(p-doping)或者是n-摻雜(n-doping)。以p-摻雜矽晶片作為例子,該矽晶片於電極化處理前先經過表面蝕刻織化(texturing)處理,之後其正表面經過磷擴散(phosphorus diffusion)處理,以形成p-n接面(p-n junction),此p-n接面為矽晶太陽能電池光電壓的來源。磷濃度高,正面電極可有較低的接觸阻抗,光電流較易導出,但是表面高磷濃度也增加光電子被復合(recombination)的機會,降低光電轉換效率,大部分的光電子產生在電池表面附近,因此為了提升光電轉換效率,太陽能電池往表面低磷濃度(也就是高方阻)的方向發展。磷擴散處理之後於矽晶片正表面成長可減少入射光反射的抗反射層,該抗反射層一般為電性絕緣層(ex.氮 化矽)。之後進行電極化處理,透過網版上的電極圖形,網印導電漿於矽晶片之正、背面,再經過後續的烘乾、燒結等熱處理製程,完成電極化處理,導電漿與矽晶片接觸形成電極,矽晶片表面與內部產生的光電子經由電極導出。
矽晶太陽能電池之正面電極化處理對於矽晶太陽能電池性能有很大的影響,正面電極的性能主要由銀導電漿組成決定,矽晶太陽能電池正面電極用銀導電漿之組成包括銀粉、玻璃粉、有機載體以及一些添加助劑。銀粉、玻璃粉等無機粉體分散懸浮於有機載體。由於矽晶片表面與銀漿電極之間存在電性絕緣的抗反射層,作為電極材料的銀漿必須具備蝕穿該絕緣層的能力,銀漿裡的玻璃粉在電極化反應過程中扮演主要的角色。玻璃粉在銀漿內的占比雖然不高,一般約占整體銀導電漿1-5wt%,但是對於銀漿電極的整體性能卻有關鍵性的影響,玻璃粉對於銀漿電極的影響包括化學性質的影響與物理性質的影響,銀漿電極需要藉由玻璃層附著於矽基材上,銀漿電極與矽基材之間的絕緣層(例如氮化矽抗反射層)也需要藉由熔融的玻璃予以蝕穿,此外燒結過程中熔融的玻璃可融解部分的銀顆粒,冷卻後過飽和析出的銀微粒與殘留在玻璃相裡的銀離子,幫助了電流的傳導,將矽基材內的光電流傳導出元件外。這樣的導電機制對於銀/矽接面格外重要,因為銀/矽不易直接形成低接觸電阻的歐姆接觸(Ohmic contact),此外矽晶太陽能電池的高溫燒結時間很短、p-n接面很淺,因此是否選用適當的玻璃材料,關鍵性地影響了銀漿電極的傳導性能。
太陽能電池的光電轉換效率和焊帶拉力強度是正面銀導電漿的主要評估項目。太陽光照射在太陽能電池表面,入射光強度於矽基材內部急速遞減,因此光電反應產生的光電子主要集中在矽基材表面附近之區域,為了提升太陽能電池的光電轉換效率,必須避免這些光電子被再復合(recombination),N型雜質層內多餘的磷雜質是捕捉光電子的復合中心 (recombination center),高濃度的磷摻雜雖然可以幫助載子傳導,降低傳導阻抗,但也造成光電子被復合,無法被電場驅動、輸出。因此高效率太陽能電池的發展方向之一就是往減少N型雜質層內磷雜質濃度,也就是高表面方阻的方向發展,在實務上,表面片電阻值已被要求大於95Ω/sq。為了滿足高方阻太陽能電池的需求,作為電極材料之導電漿配方,尤其是導電漿內玻璃粉的組成、用量必須做出相對應的調整。
由於高方阻太陽能電池的N型雜質層厚度較傳統太陽能電池的N型雜質層薄,也就是p-n接面距離矽基材表面很近,一般而言,高方阻太陽能電池的p-n接面深度往往不到0.5μm,為了避免高溫燒結時p-n接面被局部蝕穿,導電漿內會與矽基材反應之反應型玻璃粉含量不能太高,太多的反應型玻璃粉容易造成反應過度,蝕穿p-n接面,造成局部短路現象,影響光電轉換效率。然而減少導電漿內玻璃粉含量會造成拉力強度不足,為了補償拉力強度,一般會在導電漿內添加另一支反應性較鈍的玻璃粉,比起原本的反應型玻璃粉,該反應性較鈍的玻璃粉的玻璃軟化點溫度(Tsoft)比較高。
正面電極用銀導電漿的銀粉尺寸小於10μm,由於尺寸很小,在高溫熱處理的過程中,銀粉之間的燒結程度很大,銀粉之間彼此連結(necking)形成類似塊材的銀金屬條,銀粉燒結程度愈大,其與玻璃網、矽基材之間的應力也愈大,這將影響電極的附著、降低焊帶拉力強度,反應性較鈍的玻璃粉有隔開銀粉、減緩銀粉之間過度燒結的功能,也因此可以改善焊帶拉力強度。
如前所述,高方阻太陽能電池適用之導電漿內其反應型玻璃粉含量較少,需添加另一反應性較鈍的玻璃粉來抑制銀粉的過度燒結、改善焊帶拉力強度,然而,先前技藝混合不同玻璃粉在高固含量(solid content)的正面銀導電漿裡一般存在著分散的問題,分散不均往往減弱了玻璃粉應有的功 能,也因此不能夠兼顧到太陽能電池的光電轉換效率與焊帶拉力強度,因此如何簡化導電漿,避免分散不均的疑慮,並讓所產出的太陽能電池具有良好的電性以及足夠高的拉力強度,成為現今業界研發的重要課題之一。
依據本發明一實施例之目的在於,提供一種太陽能電池電極用導電漿及其製造方法、以及太陽能電池電極、特別是高方阻太陽能電池正面電極的製造方法。於一實施例之目的在於,能夠兼顧太陽能電池電性以及焊帶拉力強度,其導電漿裡可只使用單一支玻璃粉,該玻璃粉具有能夠自發形成至少二重相的特定成分,所產生之至少二重相其軟化點溫度差距在40℃以上。於一實施例之目的在於,其低溫相主要參與界面反應,而高溫相主要作為拉力補強,使所產出之高方阻太陽能電池可以兼顧電性以及拉力強度。
依據本發明一實施例,提供一種太陽能電池電極用導電漿的製造方法,其包含以下步驟。在一第一溫度下,將包含有用以產生軟化點溫度差距在40℃以上之至少二重相的多種氧化物的一玻璃材料,加以融化並混合後,再加以冷卻,以形成一具有軟化點溫度差距在40℃以上之至少二重相的玻璃粉。在一第二溫度下,將該玻璃粉、一銀粉、一有機載體加以混合後,形成該導電漿,其中該銀粉為70-90重量%、該玻璃粉為1-6重量%、而該有機載體為5-20重量%,且該第一溫度大於該第二溫度。於一實施例中,較佳的情況是該至少二重相為雙重相。
於一實施例中,將含有氧化鋁1-10重量%、氧化矽1-10重量%、氧化鋅1-10重量%、氧化鉀0.1-5重量%、氧化鉛0.1-15重量%、氧化鉍20-40重量%、及氧化碲30-60重量%的一玻璃材料,加以混合並熔融後,再加 以冷卻、研磨,以形成一玻璃粉。該玻璃粉包含具有能夠自發的產生軟化點溫度差距在40℃以上之至少二重相,至少二重相之一的玻璃軟化點在250℃-300℃之間,至少二重相之二的玻璃軟化點在330℃-380℃之間。一第二溫度下,將該玻璃粉、一銀粉、一有機載體加以混合後,形成前述導電漿,其中銀粉為70-90重量%、玻璃粉為1-6重量%、而有機載體為5-20重量%,且第一溫度大於第二溫度。
於一實施例中,玻璃材料含有氧化矽1-10重量%、氧化鋅1-10重量%、氧化鋰0.1-5重量%、氧化鈣0.1-5重量%、氧化鉛0.1-15重量%、氧化鉍20-40重量%、及氧化碲40-70重量%。且較佳的情況是,氧化矽、氧化鋅、氧化鋰、氧化鈣、氧化鉛、氧化鉍、及氧化碲被一體成形於玻璃粉內。該玻璃粉包含具有能夠自發的產生軟化點溫度差距在40℃以上之至少二重相,至少二重相之一的玻璃軟化點在250℃-300℃之間,至少二重相之二的玻璃軟化點在430℃-480℃之間。
於一實施例中,玻璃材料含有氧化鋁1-10重量%、氧化矽1-10重量%、氧化鋅1-10重量%、氧化鉀0.1-5重量%、氧化鈣1-10重量%、氧化硼5-15重量%、氧化鉛0.1-15重量%、氧化鉍60-90重量%、及氧化銻0.1-10重量%。且較佳的情況是,氧化鋁、氧化矽、氧化鋅、氧化鉀、氧化鈣、氧化硼、氧化鉛、氧化鉍、及氧化銻被一體成形於玻璃粉內。該玻璃粉包含具有能夠自發的產生軟化點溫度差距在40℃以上之至少二重相,至少二重相之一的玻璃軟化點在370℃-420℃之間,至少二重相之二的玻璃軟化點在450℃-500℃之間。
於一實施例中,玻璃材料含有氧化鋁1-10重量%、氧化矽5-20重量%、氧化鉀0.1-5重量%、氧化鋰0.1-5重量%、氧化鎂0.1-5重量%、氧化鎢1-10重量%、氧化硼0.1-5重量%、氧化鉛20-40重量%、氧化鉍20-40重量%、 及氧化碲20-40重量%。且較佳的情況是,氧化鋁、氧化矽、氧化鉀、氧化鋰、氧化鎂、氧化鎢、氧化硼、氧化鉛、氧化鉍、及氧化碲被一體成形於玻璃粉內。該玻璃粉包含具有能夠自發的產生軟化點溫度差距在40℃以上之至少二重相,至少二重相之一的玻璃軟化點在280℃-330℃之間,至少二重相之二的玻璃軟化點在450℃-500℃之間。
於一實施例中,玻璃材料含有氧化鋁1-10重量%、氧化矽1-10重量%、氧化鉀0.1-5重量%、氧化鋰0.1-5重量%、氧化硼5-20重量%、氧化鉛70-90重量%。且較佳的情況是,氧化鋁、氧化矽、氧化鉀、氧化鋰、氧化硼、氧化鉛被一體成形於玻璃粉內。該玻璃粉包含具有能夠自發的產生軟化點溫度差距在40℃以上之至少二重相,至少二重相之一的玻璃軟化點在400℃-450℃之間,至少二重相之二的玻璃軟化點在610℃-660℃之間。
依據本發明一實施例,提供一種太陽能電池電極的製造方法,其包含以下步驟。提供一如上所述之太陽能電池電極用導電漿。將前述導電漿形成於一矽基板上。對形成有前述導電漿的矽基板進行燒結程序,以在矽基板形成一電極。
本發明一實施例,藉由調整玻璃粉成分,更具體而言,使得玻璃裡能夠自發的產生軟化點溫度差距在40℃以上之雙重相,相當於結合兩種玻璃粉之性能,由於該雙重相是在玻璃熔塊裡自發的產生,研磨成粉時會自然地分布均勻,不會有不同相各自團聚的問題,因此所產出的太陽能電池可以兼顧光電轉換效率以及拉力強度。
100‧‧‧太陽能電池
110‧‧‧P型矽基板
120‧‧‧N型雜質層
130‧‧‧抗反射層
140‧‧‧正面電極
150‧‧‧背面電極
151‧‧‧第一電極
151‧‧‧第二電極
160‧‧‧p+-矽層
200‧‧‧太陽能電池
210‧‧‧P型矽基板
220‧‧‧N型雜質層
230‧‧‧抗反射層
240‧‧‧正面電極
260‧‧‧背面電極
圖1顯示習知太陽能電池的剖面圖。
圖2顯示依本發明一實施例之太陽能電池的剖面圖。
圖3A顯示依本發明一實施例之玻璃熔塊裡包含自發產生雙重相的示意圖。
圖3B顯示依本發明一實施例之包含自發產生雙重相的玻璃熔塊照片。
圖4顯示作為本發明一實施例之包含雙重相之玻璃熔塊樣品的熱機械分析(TMA)示意圖。
圖5顯示依本發明一實施例之太陽能電池之正面電極的製造方法的流程圖。
圖6顯示依本發明一實施例之太陽能電池之正面電極用之導電漿的製造方法。
圖7顯示本發明一實施例之導電漿的熱機械分析(TMA)的量測結果。
圖8(A)為實驗例1之焊帶拉力量測圖。
圖8(B)為比較例1之焊帶拉力量測圖。
本發明一實施例,藉由改變玻璃粉成分使得玻璃裡能夠自發的產生軟化點溫度差距在40℃以上之雙重相,含有該雙重相且其軟化點溫度差距在40℃以上之玻璃粉之製造方法包含:混合玻璃粉原料,玻璃粉原料一般為數種金屬氧化物之混合物,於900℃-1300℃之高溫下加熱該特定組成之數種金屬氧化物使之融熔成玻璃膏,再將此高溫玻璃膏淬火冷卻,形成玻璃融塊,此時該玻璃融塊內部已含有軟化點溫度差距在40℃以上之雙重相,再將該玻璃融塊研磨成粒徑小於10μm之玻璃粉,該粒徑小於10μm之玻璃粉也因此含有軟化點溫度差距在40℃以上之雙重相,也因此該玻璃粉具有結合兩種玻璃粉之性能。再使玻璃粉、銀粉、有機載體呈混合狀態,形成可網印之導電漿,使所產出的太陽能電池具有良好的電性以及足夠高的拉力強度。
本發明一實施例,製作之單一玻璃粉具有結合兩種玻璃粉之性能,不須分別添加2支不同玻璃粉。傳統上至少需添加2支不同的玻璃粉,1支是能與銀粉、氮化矽等絕緣層反應之反應型玻璃,另1支是反應性相對較鈍的玻璃粉,藉由添加2支不同的玻璃粉以兼顧太陽能電池電性以及拉力強度,然而這些不同玻璃粉在高固含量的正面銀導電漿裡一般存在著分散的問題,無法均勻懸浮分散於有機載體裡,容易產生各自團聚之分散不均的問題,不同玻璃粉的各自團聚往往減弱了各別玻璃粉應有的功能,除此之外,不同玻璃粉的各自團聚還會造成太陽能電池局部反應過度與局部高阻抗的問題,劣化太陽能電池的光電轉換效率。本發明即是利用改變銀導電漿玻璃粉組成成分,使得玻璃裡能夠自發的產生軟化點溫度差距在40℃以上之雙重相,相當於結合兩種玻璃粉之性能,由於該雙重相是在玻璃熔塊裡自發的產生,研磨成粉時會自然地分布均勻,不會有不同相各自團聚的問題,因此所產出的太陽能電池可以兼顧電性以及拉力強度。
應了解的是,雙重相並非本發明所限定者,其可以為含有二種以上的多重相。
圖2顯示依本發明一實施例之太陽能電池的剖面圖。如圖2所示,太陽能電池200包含一P型矽基板210、一N型雜質層220、一抗反射層230、一正面電極240、一背面電極250及一背面電場層260。N型雜質層220位於P型矽基板210的正面。抗反射層230及正面電極240形成於N型雜質層220上。正面電極240電連接於N型雜質層220,背面電極250位於P型矽基板110的背面。
正面電極240是由將一銀導電漿形成於一抗反射層230之上後,再對形成有鋁導電漿的P型矽基板210進行共燒程序所形成。其中銀導電漿包含 一玻璃粉、一銀粉以及一有機載體。銀粉為70-90重量%、玻璃粉為1-6重量%、而有機載體為5-20重量%。而且,玻璃粉包含自發產生的軟化點溫度差距在40℃以上之雙重相。更具體而言,玻璃粉包含之氧化物組成被一體成形於該玻璃粉內且沒有被分別混合於銀粉以及有機載體,而玻璃粉、銀粉、有機載體呈混合狀態。
於具有上述組成之玻璃粉的銀導電漿,其玻璃粉相當於結合兩種玻璃粉之性能,由於該雙重相是在玻璃熔塊裡自發的產生,研磨成粉時會自然地分布均勻,不會有不同相各自團聚的問題,因此能夠兼顧個別的反應性與抑制銀粉過度燒結的功能,所產出的太陽能電池其光電轉換效率以及拉力強度因此可以獲得兼顧。
本發明一實施例,顯示玻璃粉組成能夠兼顧光電轉換效率以及拉力強度,調整玻璃粉組成使其能夠自發的產生軟化點溫度差距在40℃以上之雙重相,玻璃軟化點溫度較低之第一相是能夠與銀粉、氮化矽等絕緣層充分反應之反應型玻璃,玻璃軟化點溫度較高之第二相其反應性相對較鈍,但是能夠抑制銀粉過度燒結,進而降低電極應力,提升電極拉力強度。圖3為玻璃熔塊裡包含自發產生雙重相的示意圖,圖4為包含雙重相之玻璃熔塊樣品的熱機械分析(TMA)示意圖,由圖4可以觀察到雙重相裡之第一相有比較低的玻璃軟化點溫度,而雙重相裡之第二相則有比較高的玻璃軟化點溫度。
不同於先前技術,依據本發明一實施例,不須為了兼顧光電轉換效率以及拉力強度而於銀導電漿裡分別添加2支不同功能之玻璃粉,而是利用改變玻璃粉成分使得玻璃熔塊裡自發的產生有不同功能之玻璃雙重相。由於該雙重相是在玻璃熔塊裡自發的產生,研磨成玻璃粉時會自然地分布均勻,不會有不同相各自團聚、分散不均的問題,因此可以充分發揮各自應 有的功能,所產出的太陽能電池也因此可以兼顧光電轉換效率以及拉力強度。
以下將詳細說明,如何達到本發明所陳述可以兼顧電性以及拉力強度的太陽能電池之正面電極製造方法。
於一實施例中,提供一種太陽能電池之正面電極的製造方法。圖5顯示依本發明一實施例之太陽能電池之正面電極的製造方法的流程圖。如圖所示,太陽能電池之正面電極的製造方法包含以下步驟。
步驟S02:提供一銀導電漿。
步驟S04:將該銀導電漿形成於一矽基板210之正面之抗反射層230上。
步驟S06:對該形成有銀導電漿的矽基板210進行燒結程序,以在矽基板210之正面形成一正面電極。較佳的情況是,燒結程序是在溫度約為攝氏700~900度進行。
有機載體是由溶劑、黏結劑以及有機助劑所組成,且可以使用目前已有或未來發展之有機載體。溶劑可以是松油醇(Terpineol)、酯醇(Texanol)、butyl carbitol、butyl carbitol acetate、kerosene等,溶劑可以是一種或二種以上的混合物;黏結劑可以是乙基纖維素(ethyl cellulose)、壓克力樹脂(acrylic resin)、聚乙烯醇縮丁醛樹脂(Polyvinyl butyral resin)、酚醛樹脂(Phenolic resin)等,黏結劑可以是一種或二種以上的混合物。
在本發明一實施例中,為了提升印刷、儲存等性質,亦可添加如分散劑(dispersant agent)、流變劑(thixotropic agent)、黏度調整劑(viscosity adjuster)等有機助劑,有機助劑在整體導電漿內含有0-5重量%。
圖6顯示依本發明一實施例之太陽能電池正面電極用之導電漿的製造 方法。如圖6所示,圖5步驟S02之銀導電漿可以利用以下方式來加以製造。步驟S11:在一第一溫度下,將添加有能夠自發形成雙重相的特定原料組合,加以融化並混合後,再加以焠火冷卻、研磨,以形成一玻璃粉。步驟S12:在一第二溫度下,將前述玻璃粉、一銀粉、一有機載體加以混合後,形成前述銀導電漿,其中銀粉為70-90重量%、玻璃粉為1-6重量%、而有機載體為5-20重量%,且第一溫度大於第二溫度。依據前述製造方法,即可形成氧化物原料被一體成形於玻璃粉內且沒有被分別混合於銀粉、有機載體中,而玻璃粉、銀粉以及有機載體呈混合狀態。
以下,將更具體地分別以不同的實施例說明,圖5步驟S02中之銀導電漿的製造方法。
於一實施例(A)中,太陽能電池正面電極之導電漿的製造方法包含以下步驟。
步驟S122:在一第一溫度下,將氧化鋁、氧化矽、氧化鋅、氧化鉀、氧化鉛、氧化鉍、及氧化碲加以融化並混合後,再加以冷卻、研磨,以形成玻璃粉,其中氧化鋁含有1-10重量%、氧化矽含有1-10重量%、氧化鋅含有1-10重量%、氧化鉀含有0.1-5重量%、氧化鉛含有0.1-15重量%、氧化鉍含有20-40重量%、氧化碲含有30-60重量%。第一溫度為足以使前述成分融化的溫度。較佳的情況是,該玻璃粉包含具有能夠自發的產生軟化點溫度差距在40℃以上之雙重相,雙重相之一的玻璃軟化點在250℃-300℃之間,雙重相之二的玻璃軟化點在330℃-380℃之間。依據前述製造步驟,即可使氧化鋁、氧化矽、氧化鋅、氧化鉀、氧化鉛、氧化鉍、及氧化碲被一體成形於玻璃粉內。
步驟S124:在一第二溫度下,將銀粉、前述玻璃粉以及有機載體加以混合後,形成前述銀導電漿,其中銀粉含有70-90重量%、玻璃粉含有1-6重量%、有機載體含有5-20重量%。在一實施例中,銀粉粒徑分布在 0.1-10μm。較佳的情況是,第一溫度大於第二溫度,且第二溫度為室溫。
此外,於一實施例(B)中,太陽能電池正面電極之導電漿的製造方法包含以下步驟。
步驟S222:在一第一溫度下,將氧化矽、氧化鋅、氧化鋰、氧化鈣、氧化鉛、氧化鉍、及氧化碲加以融化並混合後,再加以冷卻,以形成玻璃粉,其中氧化矽含有1-10重量%、氧化鋅含有1-10重量%、氧化鋰含有0.1-5重量%、氧化鈣0.1-5重量%、氧化鉛含有0.1-15重量%、氧化鉍含有20-40重量%、氧化碲含有40-70重量%。第一溫度為足以使前述成分融化的溫度。依據前述製造步驟,即可使氧化矽、氧化鋅、氧化鋰、氧化鈣、氧化鉛、氧化鉍、及氧化碲被一體成形於玻璃粉內。較佳的情況是,該玻璃粉包含具有能夠自發的產生軟化點溫度差距在40℃以上之雙重相,雙重相之一的玻璃軟化點在250℃-300℃之間,雙重相之二的玻璃軟化點在430℃-480℃之間。
步驟S224:在一第二溫度下,將銀粉、前述玻璃粉以及有機載體加以混合後,形成前述銀導電漿,其中銀粉含有70-90重量%、玻璃粉含有1-6重量%、有機載體含有5-20重量%。在一實施例中,銀粉粒徑分布在0.1-10μm。較佳的情況是,第一溫度大於第二溫度,且第二溫度為室溫。
此外,於一實施例(C)中,提供一銀導電漿的步驟包含以下步驟。
步驟S22:在一第一溫度下,將氧化鋁、氧化矽、氧化鋅、氧化鉀、氧化鈣、氧化硼、氧化鉛、氧化鉍、及氧化銻加以融化並混合後,再加以冷卻,以形成玻璃粉,其中氧化鋁1-10重量%、氧化矽1-10重量%、氧化鋅1-10重量%、氧化鉀0.1-5重量%、氧化鈣1-10重量%、氧化硼5-15重量%、氧化鉛0.1-15重量%、氧化鉍60-90重量%、氧化銻0.1-10重量%。第一溫度為足以使前述成分融化的溫度。依據前述製造步驟,即可使氧化鋁、氧化矽、氧化鋅、氧化鉀、氧化鈣、氧化硼、氧化鉛、氧化鉍、及氧化銻被 一體成形於玻璃粉內。較佳的情況是,該玻璃粉包含具有能夠自發的產生軟化點溫度差距在40℃以上之雙重相,雙重相之一的玻璃軟化點在370℃-420℃之間,雙重相之二的玻璃軟化點在450℃-500℃之間。
步驟S24:在一第二溫度下,將銀粉、前述玻璃粉以及有機載體加以混合後,形成前述銀導電漿,其中銀粉含有70-90重量%、玻璃粉含有1-6重量%、有機載體含有5-20重量%。在一實施例中,銀粉粒徑分布在0.1-10μm。較佳的情況是,第一溫度大於第二溫度,且第二溫度為室溫。
此外,於一實施例(D)中,提供一銀導電漿的步驟包含以下步驟。
步驟S22:在一第一溫度下,將氧化鋁、氧化矽、氧化鉀、氧化鋰、氧化鎂、氧化鎢、氧化硼、氧化鉛、氧化鉍、及氧化碲加以融化並混合後,再加以冷卻,以形成玻璃粉,其中氧化鋁1-10重量%、氧化矽5-20重量%、氧化鉀0.1-5重量%、氧化鋰0.1-5重量%、氧化鎂0.1-5重量%、氧化鎢1-10重量%、氧化硼0.1-5重量%、氧化鉛20-40重量%、氧化鉍20-40重量%、氧化碲20-40重量%。第一溫度為足以使前述成分融化的溫度。較佳的情況是,該玻璃粉包含具有能夠自發的產生軟化點溫度差距在40℃以上之雙重相,雙重相之一的玻璃軟化點在280℃-330℃之間,雙重相之二的玻璃軟化點在450℃-500℃之間。依據前述製造步驟,即可使氧化鋁、氧化矽、氧化鉀、氧化鋰、氧化鎂、氧化鎢、氧化硼、氧化鉛、氧化鉍、及氧化碲被一體成形於玻璃粉內。
步驟S24:在一第二溫度下,將銀粉、前述玻璃粉以及有機載體加以混合後,形成前述銀導電漿,其中銀粉含有70-90重量%、玻璃粉含有1-6重量%、有機載體含有5-20重量%。在一實施例中,銀粉粒徑分布在0.1-10μm。較佳的情況是,第一溫度大於第二溫度,且第二溫度為室溫。
此外,於一實施例(E)中,提供一銀導電漿的步驟包含以下步驟。
步驟S22:在一第一溫度下,將氧化鋁、氧化矽、氧化鉀、氧化鋰、氧 化硼、氧化鉛加以融化並混合後,再加以冷卻,以形成玻璃粉,其中氧化鋁1-10重量%、氧化矽1-10重量%、氧化鉀0.1-5重量%、氧化鋰0.1-5重量%、氧化硼5-20重量%、氧化鉛70-90重量%。第一溫度為足以使前述成分融化的溫度。較佳的情況是,該玻璃粉包含具有能夠自發的產生軟化點溫度差距在40℃以上之雙重相,雙重相之一的玻璃軟化點在400℃-450℃之間,雙重相之二的玻璃軟化點在610℃-660℃之間。依據前述製造步驟,即可使氧化鋁、氧化矽、氧化鉀、氧化鋰、氧化硼、氧化鉛被一體成形於玻璃粉內。
步驟S24:在一第二溫度下,將銀粉、前述玻璃粉以及有機載體加以混合後,形成前述銀導電漿,其中銀粉含有70-90重量%、玻璃粉含有1-6重量%、有機載體含有5-20重量%。在一實施例中,銀粉粒徑分布在0.1-10μm。較佳的情況是,第一溫度大於第二溫度,且第二溫度為室溫。
依據本發明一實施例,是利用改變銀導電漿中之玻璃粉的組成成分,使得玻璃裡能夠自發的產生軟化點溫度差距在40℃以上之雙重相,也就是雙重相中第二相之玻璃軟化點溫度至少較雙重相中第一相之玻璃軟化點溫度高過40℃以上,相當於結合兩種玻璃粉之性能,由於該雙重相是在玻璃熔塊裡自發的產生,研磨成粉時會自然地分布均勻,不會有不同相各自團聚的問題,因此所產出的太陽能電池可以兼顧電性以及拉力強度。
為了達到前述目的,銀導電漿包含銀粉、玻璃粉以及有機載體,其中銀粉含有70-90重量%、玻璃粉含有1-6重量%、有機載體含有5-20重量%。而且在實施例(A)~(E)中,玻璃粉包含能夠自發的產生軟化點溫度差距在40℃以上之雙重相的特定成分,而該些特定成分如下表一所示。依據表一之玻璃粉的組成,相較於使用商用之銀導電漿,本發明之銀導電漿裡的玻璃粉含有自發產生之軟化點溫度差距在40℃以上之雙重相,由於這些雙重相是在玻璃熔塊裡自發的產生,研磨成粉時會自然地分布均勻,不會有 不同相各自團聚的問題,團聚會影響玻璃粉應有性能的發揮,因此彼此分布均勻的雙重相可以維持各自的功能,所產出的太陽能電池可以兼顧光電轉換效率以及拉力強度。
Figure 107121754-A0101-12-0016-1
以下,利用前述之銀導電漿,製造太陽能電池之正面電極,進行實驗, 以觀察依本發明實施例所形成之銀導電漿以及正面電極的相關特性。下面說明中,僅用下述之實驗例1及比較例1,進一步說明下述兩組太陽能電池200之轉換效率的差異。
實施例1
使用6×6inch之矽基材製造太陽能電池200,基材厚度為200微米。太陽能電池的P-N接面是使用氧氯化磷(phosphorus oxychloride,POCl3)進行擴散(diffusion)而製造成的,表面為100Ω/sq高方阻。然後,在晶圓的正面形成一層抗反射層。此反射層是以SiH4和NH3作為前驅物(precursor),使用電容耦合式射頻電漿反應裝置來製造,形成a-SiNx:H薄膜。之後,在矽基材正面網印手指(finger)狀圖案的銀電極。之後,以整面網印之鋁導電漿為背面電極。使用單一支玻璃粉,玻璃粉在銀導電漿內含有3重量%。玻璃粉的組成為氧化鋁含有2重量%、氧化矽含有12重量%、氧化鉀含有1重量%、氧化鋰含有3重量%、氧化鎂含有2重量%、氧化鎢含有5重量%、氧化硼含有1重量%、氧化鉛含有22重量%、氧化鉍含有22重量%、氧化碲含有30重量%;該些氧化物原料是於1200℃融熔成液態狀後急速冷卻;焠火後產生的玻璃熔塊裡含有軟化點溫度差距在40℃以上之雙重相,圖7是熱機械分析(TMA)的量測結果,熱機械分析(TMA)量測結果顯示雙重相之一的玻璃軟化點為306℃,雙重相之二的玻璃軟化點為468℃。銀導電漿網印在矽基材上的濕重為0.11克。之後,正、背面電極以最高溫760℃~810℃共燒後得到一矽晶太陽能電池,共燒時的溫度直接量測於矽基材表面。
比較例1
使用與實施例1相同方法製造的太陽能電池,不同處在於所使用作為對照組之銀導電漿內含2支商用玻璃粉,並且其玻璃粉不具有雙重相,第1支商用玻璃粉之組成為:氧化矽含有2重量%、氧化鋅含有2重量%、氧化鋰含有3重量%、氧化鎢含有4重量%、氧化鉛含有31重量%、氧化鉍含有4重量%、氧化碲含有54重量%;第2支商用玻璃 粉主要作為提升拉力強度之用,其組成為:氧化鋅含有7重量%、氧化鋰含有5重量%、氧化鎢含有4重量%、氧化鎂含有4重量%、氧化鉍含有8重量%、氧化碲含有72重量%;該商用銀導電漿網印在矽基材上的濕重同樣控制為0.11克。
接著,測試實驗例1與比較例1之光電轉換效率、焊帶拉力強度等重要參數,I-V量測、焊帶拉力結果如表二所示,圖8(A)&8(B)分別為實驗例1與比較例1之焊帶拉力量測圖。
Figure 107121754-A0101-12-0018-2
根據表二的結果顯示,實驗例1之光電轉換效率以及焊帶拉力強度均高於比較例1,足見使用本發明之銀導電漿所製造的正面電極可以只使用單一支玻璃粉,在高方阻太陽能電池上不劣化太陽能電池正面電極的拉力強度,並且進一步改善光電轉換效率。
綜上所述,本發明一實施例,藉由改變玻璃粉成分的調整,使得在玻璃裡自發的產生軟化點溫度差距在40℃以上之雙重相,由於該雙重相是在玻璃熔塊裡自發的產生,研磨成粉時會自然地分布均勻,不會有不同相各 自團聚的問題,因此所產出的太陽能電池可以兼顧電性以及拉力強度。當軟化點溫度差距不到40℃時,無法得到所想要的拉力強度。於一實施例中,較佳的情況是,雙重相的軟化點溫度差距在40℃至180℃,該些數值可以是由發明人進行實驗而求得。
此外,本發明之銀導電漿其配方相對簡單,可只使用單一支玻璃粉,也使得導電漿的成本可以更低。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上,然其並非用以限定本發明,任何熟習此技藝者,在不脫離本發明之精神和範圍內,當可作些許之更動與潤飾,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 (13)

  1. 一種太陽能電池電極用導電漿的製造方法,其包含:在一第一溫度下,將包含有用以產生軟化點溫度差距在40℃以上之至少二重相的多種氧化物的一玻璃材料,加以融化並混合後,再加以冷卻,以形成一具有軟化點溫度差距在40℃以上之至少二重相的玻璃粉;及在一第二溫度下,將該玻璃粉、一銀粉、一有機載體加以混合後,形成該導電漿,其中該銀粉為70-90重量%、該玻璃粉為1-6重量%、而該有機載體為5-20重量%,且該第一溫度大於該第二溫度,其中,該些氧化物包含有氧化鋁、氧化矽、氧化鉀、氧化鋰、氧化硼、氧化鉛,而且該氧化鋁1-10重量%、氧化矽1-10重量%、氧化鉀0.1-5重量%、氧化鋰0.1-5重量%、氧化硼5-20重量%、氧化鉛70-90重量%,而且該玻璃粉所含至少二重相之一的玻璃軟化點在400℃-450℃之間,至少二重相之二的玻璃軟化點在610℃-660℃之間。
  2. 一種太陽能電池電極用導電漿的製造方法,其包含:在一第一溫度下,將包含有用以產生軟化點溫度差距在40℃以上之至少二重相的多種氧化物的一玻璃材料,加以融化並混合後,再加以冷卻,以形成一具有軟化點溫度差距在40℃以上之至少二重相的玻璃粉;及在一第二溫度下,將該玻璃粉、一銀粉、一有機載體加以混合後,形成該導電漿,其中該銀粉為70-90重量%、該玻璃粉為1-6重量%、而該有機載體為5-20重量%,且該第一溫度大於該第二溫度,其中,該些氧化物包含有氧化鋁、氧化矽、氧化鋅、氧化鉀、氧化鉛、氧化鉍、及氧化碲,而且該氧化鋁含有1-10重量%、氧化矽含有1-10重量%、氧化鋅含有1-10重量%、氧化鉀含有0.1-5重量%、氧化鉛含有0.1-15重量%、氧化 鉍含有20-40重量%、氧化碲含有30-60重量%,而且該玻璃粉所含至少二重相之一的玻璃軟化點在250℃-300℃之間,至少二重相之二的玻璃軟化點在330℃-380℃之間。
  3. 一種太陽能電池電極用導電漿的製造方法,其包含:在一第一溫度下,將包含有用以產生軟化點溫度差距在40℃以上之至少二重相的多種氧化物的一玻璃材料,加以融化並混合後,再加以冷卻,以形成一具有軟化點溫度差距在40℃以上之至少二重相的玻璃粉;及在一第二溫度下,將該玻璃粉、一銀粉、一有機載體加以混合後,形成該導電漿,其中該銀粉為70-90重量%、該玻璃粉為1-6重量%、而該有機載體為5-20重量%,且該第一溫度大於該第二溫度,其中,該些氧化物包含有氧化矽、氧化鋅、氧化鋰、氧化鈣、氧化鉛、氧化鉍、及氧化碲,而且該氧化矽含有1-10重量%、氧化鋅含有1-10重量%、氧化鋰含有0.1-5重量%、氧化鈣0.1-5重量%、氧化鉛含有0.1-15重量%、氧化鉍含有20-40重量%、氧化碲含有40-70重量%,而且該玻璃粉所含至少二重相之一的玻璃軟化點在250℃-300℃之間,至少二重相之二的玻璃軟化點在430℃-480℃之間。
  4. 一種太陽能電池電極用導電漿的製造方法,其包含:在一第一溫度下,將包含有用以產生軟化點溫度差距在40℃以上之至少二重相的多種氧化物的一玻璃材料,加以融化並混合後,再加以冷卻,以形成一具有軟化點溫度差距在40℃以上之至少二重相的玻璃粉;及在一第二溫度下,將該玻璃粉、一銀粉、一有機載體加以混合後,形成該導電漿,其中該銀粉為70-90重量%、該玻璃粉為1-6重量%、而該有機載體為5-20重量%,且該第一溫度大於該第二溫度,其中,該些氧化物包含有氧化鋁、氧化矽、氧化鋅、氧化鉀、氧化鈣、氧化硼、 氧化鉛、氧化鉍、及氧化銻,而且該氧化鋁1-10重量%、氧化矽1-10重量%、氧化鋅1-10重量%、氧化鉀0.1-5重量%、氧化鈣1-10重量%、氧化硼5-15重量%、氧化鉛0.1-15重量%、氧化鉍60-90重量%、氧化銻0.1-10重量%,而且該玻璃粉所含至少二重相之一的玻璃軟化點在370℃-420℃之間,至少二重相之二的玻璃軟化點在450℃-500℃之間。
  5. 一種太陽能電池電極用導電漿的製造方法,其包含:在一第一溫度下,將包含有用以產生軟化點溫度差距在40℃以上之至少二重相的多種氧化物的一玻璃材料,加以融化並混合後,再加以冷卻,以形成一具有軟化點溫度差距在40℃以上之至少二重相的玻璃粉;及在一第二溫度下,將該玻璃粉、一銀粉、一有機載體加以混合後,形成該導電漿,其中該銀粉為70-90重量%、該玻璃粉為1-6重量%、而該有機載體為5-20重量%,且該第一溫度大於該第二溫度,其中,該些氧化物包含有氧化鋁、氧化矽、氧化鉀、氧化鋰、氧化鎂、氧化鎢、氧化硼、氧化鉛、氧化鉍、及氧化碲,而且該氧化鋁1-10重量%、氧化矽5-20重量%、氧化鉀0.1-5重量%、氧化鋰0.1-5重量%、氧化鎂0.1-5重量%、氧化鎢1-10重量%、氧化硼0.1-5重量%、氧化鉛20-40重量%、氧化鉍20-40重量%、氧化碲20-40重量%,而且該玻璃粉所含至少二重相之一的玻璃軟化點在280℃-330℃之間,至少二重相之二的玻璃軟化點在450℃-500℃之間。
  6. 根據請求項1至5任一項所述的太陽能電池電極用導電漿的製造方法,其中,在將該玻璃粉、一銀粉、一有機載體加以混合後,形成該導電漿的步驟中,沒有添加其他不同功能之玻璃粉。
  7. 一種太陽能電池電極用導電漿,其包含:一玻璃粉、一銀粉、一有機載體,且該銀粉為70-90重量%、該玻璃粉 為1-6重量%、而該有機載體為5-20重量%,其中該玻璃粉包含多種氧化物,且在該些氧化物所形成的該玻璃粉裡玻璃裡含有軟化點溫度差距在40℃以上之至少二重相,而且該些氧化物被一體成形於該玻璃粉內,而該玻璃粉、該銀粉、該有機載體呈混合狀態,其中,該些氧化物包含有氧化鋁、氧化矽、氧化鉀、氧化鋰、氧化硼、氧化鉛,而且該氧化鋁1-10重量%、氧化矽1-10重量%、氧化鉀0.1-5重量%、氧化鋰0.1-5重量%、氧化硼5-20重量%、氧化鉛70-90重量%,而且該玻璃粉所含至少二重相之一的玻璃軟化點在400℃-450℃之間,至少二重相之二的玻璃軟化點在610℃-660℃之間,該氧化鋁、氧化矽、氧化鉀、氧化鋰、氧化硼、氧化鉛被一體成形於該玻璃粉內。
  8. 一種太陽能電池電極用導電漿,其包含:一玻璃粉、一銀粉、一有機載體,且該銀粉為70-90重量%、該玻璃粉為1-6重量%、而該有機載體為5-20重量%,該玻璃粉包含多種氧化物,且在該些氧化物所形成的該玻璃粉裡玻璃裡含有軟化點溫度差距在40℃以上之至少二重相,而且該些氧化物被一體成形於該玻璃粉內,而該玻璃粉、該銀粉、該有機載體呈混合狀態,其中,該些氧化物包含有氧化鋁、氧化矽、氧化鋅、氧化鉀、氧化鉛、氧化鉍、及氧化碲,而且該氧化鋁含有1-10重量%、氧化矽含有1-10重量%、氧化鋅含有1-10重量%、氧化鉀含有0.1-5重量%、氧化鉛含有0.1-15重量%、氧化鉍含有20-40重量%、氧化碲含有30-60重量%,而且該玻璃粉所含至少二重相之一的玻璃軟化點在250℃-300℃之間,至少二重相之二的玻璃軟化點在330℃-380℃之間,該氧化鋁、氧化矽、氧化鋅、氧化鉀、氧化鉛、氧化鉍、及氧化碲被一體成形於該玻璃粉內。
  9. 一種太陽能電池電極用導電漿,其包含:一玻璃粉、一銀粉、一有機載體,且該銀粉為70-90重量%、該玻璃粉為1-6重量%、而該有機載體為5-20重量%,該玻璃粉包含多種氧化物,且在該些氧化物所形成的該玻璃粉裡玻璃裡含有軟化點溫度差距在40℃以上之至少二重相,而且該些氧化物被一體成形於該玻璃粉內,而該玻璃粉、該銀粉、該有機載體呈混合狀態,其中,該些氧化物包含有氧化矽、氧化鋅、氧化鋰、氧化鈣、氧化鉛、氧化鉍、及氧化碲,而且該氧化矽含有1-10重量%、氧化鋅含有1-10重量%、氧化鋰含有0.1-5重量%、氧化鈣1-10重量%、氧化鉛含有0.1-15重量%、氧化鉍含有20-40重量%、氧化碲含有40-70重量%,而且該玻璃粉所含至少二重相之一的玻璃軟化點在250℃-300℃之間,至少二重相之二的玻璃軟化點在430℃-480℃之間,該氧化矽、氧化鋅、氧化鋰、氧化鈣、氧化鉛、氧化鉍、及氧化碲被一體成形於該玻璃粉內。
  10. 一種太陽能電池電極用導電漿,其包含:一玻璃粉、一銀粉、一有機載體,且該銀粉為70-90重量%、該玻璃粉為1-6重量%、而該有機載體為5-20重量%,該玻璃粉包含多種氧化物,且在該些氧化物所形成的該玻璃粉裡玻璃裡含有軟化點溫度差距在40℃以上之至少二重相,而且該些氧化物被一體成形於該玻璃粉內,而該玻璃粉、該銀粉、該有機載體呈混合狀態,其中,該些氧化物包含有氧化鋁、氧化矽、氧化鋅、氧化鉀、氧化鈣、氧化硼、氧化鉛、氧化鉍、及氧化銻,而且該氧化鋁1-10重量%、氧化矽1-10重量%、氧化鋅1-10重量%、氧化鉀0.1-5重量%、氧化鈣1-10重量%、氧化硼5-15重量%、氧化鉛0.1-15重量%、氧化鉍60-90重量%、氧化銻0.1-10重量%,而且該 玻璃粉所含至少二重相之一的玻璃軟化點在370℃-420℃之間,至少二重相之二的玻璃軟化點在450℃-500℃之間,該氧化鋁、氧化矽、氧化鋅、氧化鉀、氧化鈣、氧化硼、氧化鉛、氧化鉍、及氧化銻被一體成形於該玻璃粉內。
  11. 一種太陽能電池電極用導電漿,其包含:一玻璃粉、一銀粉、一有機載體,且該銀粉為70-90重量%、該玻璃粉為1-6重量%、而該有機載體為5-20重量%,該玻璃粉包含多種氧化物,且在該些氧化物所形成的該玻璃粉裡玻璃裡含有軟化點溫度差距在40℃以上之至少二重相,而且該些氧化物被一體成形於該玻璃粉內,而該玻璃粉、該銀粉、該有機載體呈混合狀態,其中,該些氧化物包含有氧化鋁、氧化矽、氧化鉀、氧化鋰、氧化鎂、氧化鎢、氧化硼、氧化鉛、氧化鉍、及氧化碲,而且該氧化鋁1-10重量%、氧化矽5-20重量%、氧化鉀0.1-5重量%、氧化鋰0.1-5重量%、氧化鎂0.1-5重量%、氧化鎢1-10重量%、氧化硼0.1-5重量%、氧化鉛20-40重量%、氧化鉍20-40重量%、氧化碲20-40重量%,而且該玻璃粉所含至少二重相之一的玻璃軟化點在280℃-330℃之間,至少二重相之二的玻璃軟化點在450℃-500℃之間,該氧化鋁、氧化矽、氧化鉀、氧化鋰、氧化硼、氧化鉛、氧化鉍、及氧化碲被一體成形於該玻璃粉內。
  12. 根據請求項7所述的太陽能電池電極用導電漿,其中,該太陽能電池電極用導電漿沒有添加其他不同功能之玻璃粉。
  13. 一種太陽能電池電極的製造方法,其包含:提供一如請求項7至12任一項所述之太陽能電池電極用導電漿;將該導電漿形成於一矽基板;對形成有該導電漿的該矽基板進行燒結程序,以在該矽基板形成一電極,其中該電極中的玻璃裡含有軟化點溫度差距在40℃以上之至少二重相。
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