TWI705997B - 用於形成太陽能電池的電極的組合物以及太陽能電池 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種包括奈米紋理化基板的太陽能電池的電極用組合物、由其形成的電極以及包括所述電極的太陽能電池。所述組合物包含導電粉、玻璃料以及有機載體,其中當在曲線圖中繪製粒度分佈曲線使所述導電粉的粒度位於x軸上且具有對應直徑的導電粉顆粒的分率位於y軸上時,所述導電粉滿足如說明書中所定義的方程式1、方程式2及方程式3。

Description

用於形成太陽能電池的電極的組合物以及太陽能電池
本發明是關於一種包括奈米紋理化基板的太陽能電池的電極用組合物、由其形成的電極以及包括所述電極的太陽能電池。更具體來說,本發明是關於包括奈米紋理化基板的太陽能電池的電極用組合物、由其形成的電極以及包括所述電極的太陽能電池,所述組合物具有良好的印刷適性且可減小接觸電阻,從而在抑制基板的反射率增大的同時改善太陽能電池轉換效率。
太陽能電池利用將日光的光子轉換成電力的PN接面(PN junction)的光電效應(photovoltaic effect)來產生電力。在太陽能電池中,分別在具有PN接面的半導體晶片或基板的上表面或下表面上形成前電極及後電極。然後,由進入半導體晶片的日光誘發PN接面處的光電效應,且藉由PN接面處的光電效應而產生的電子藉由電極向外部提供電流。藉由施加、圖案化及烘烤用於太陽能電池電極的膏組合物而在晶片上形成太陽能電池的電極。
為了改善太陽能電池效率,已提議了一種在太陽能電池的矽基板的正面和/或背面上形成抗反射膜的方法。然而,儘管此方法因抗反射膜的存在而具有減少入射日光的反射的優點,但所述方法並未考慮抗反射膜與接觸所述基板的電極之間的關係,且因此在改善太陽能電池效率方面存在限制。具體來說,隨著紋理化矽基板近期的發展,需要一種適用於此種紋理化矽基板中的太陽能電池電極用組合物。
本發明的背景技術公開於未經審查的日本專利公開第2015-144162號中。
本發明的一個態樣是提供一種太陽能電池電極用組合物,所述組合物能夠減小與奈米紋理化基板的接觸電阻,從而改善太陽能電池的轉換效率。
本發明的另一態樣是提供一種太陽能電池電極用組合物,所述組合物在奈米紋理化基板上具有良好的印刷適性,且可使太陽能電池的反射率的增加最小化。
根據本發明的一個態樣,一種包括奈米紋理化基板的太陽能電池的電極用組合物包含導電粉、玻璃料以及有機載體,其中當在曲線圖中繪製粒度分佈曲線使所述導電粉的粒徑位於x軸上且具有對應直徑的導電粉顆粒的分率位於y軸上時,所述導電粉滿足方程式1、方程式2及方程式3。 [方程式1] 5% ≤ (S2/S1)×100 ≤ 65% [方程式2] 1% ≤ (S3/S1)×100 ≤ 55% [方程式3] 0.4% ≤ (S4/S1)×100 ≤ 45% 其中S1是被所述粒度分佈曲線及所述x軸包圍的總面積,S2是在大於0微米且小於或等於2.0微米的粒徑範圍內被所述粒度分佈曲線及所述x軸包圍的面積,S3是在大於0微米且小於或等於1.7微米的粒徑範圍內被所述粒度分佈曲線及所述x軸包圍的面積,且S4是在大於0微米且小於或等於1.3微米的粒徑範圍內被所述粒度分佈曲線及所述x軸包圍的面積。
根據本發明的另一態樣,一種電極是由根據本發明的太陽能電池電極用組合物形成的。
根據本發明的又一態樣,一種太陽能電池包括由根據本發明的太陽能電池電極用組合物形成的電極。
本發明提供一種太陽能電池電極用組合物,所述組合物能夠減小與奈米紋理化基板的接觸電阻,從而改善太陽能電池的轉換效率。
此外,本發明提供一種太陽能電池電極用組合物,所述組合物在奈米紋理化基板上具有良好的印刷適性且可使太陽能電池的反射率的增加最小化。
本發明的一個態樣是關於包括奈米紋理化基板的太陽能電池的電極用組合物(以下也被稱為“太陽能電池電極用組合物”)。所述太陽能電池電極用組合物包含:導電粉;玻璃料;以及有機載體,其中當在曲線圖中繪製粒度分佈曲線使所述導電粉的粒度位於x軸上且具有對應直徑的導電粉顆粒的分率位於y軸上時,所述導電粉滿足方程式1、方程式2及方程式3: [方程式1] 5% ≤ (S2/S1)×100 ≤ 65% [方程式2] 1% ≤ (S3/S1)×100 ≤ 55% [方程式3] 0.4% ≤ (S4/S1)×100 ≤ 45% 其中S1是被所述粒度分佈曲線及所述x軸包圍的總面積,S2是在大於0微米且小於或等於2.0微米的粒徑範圍內被所述粒度分佈曲線及所述x軸包圍的面積,S3是在大於0微米且小於或等於1.7微米的粒徑範圍內被所述粒度分佈曲線及所述x軸包圍的面積,且S4是在大於0微米且小於或等於1.3微米的粒徑範圍內被所述粒度分佈曲線及所述x軸包圍的面積。
當所述導電粉滿足方程式1、方程式2及方程式3時,在以下詳細闡述的奈米紋理化基板上形成電極時,所述奈米紋理化基板的凸塊之間的空間可被充分填充以所述太陽能電池電極用組合物。此外,在烘烤製程期間,凸塊之間的空間也可被充分填充以太陽能電池電極用組合物,由此可減少在電極與基板之間的介面處產生孔隙,可減小接觸電阻(Rc),且可在不增加奈米紋理化基板的反射率的情況下改善串聯電阻Rs,從而使得能夠增大太陽能電池轉換效率。
在本文中,方程式1的值(即,(S2/S1)×100)、方程式2的值(即,(S3/S1)×100)以及方程式3的值(即,(S4/S1)×100 )分別指在對應粒徑範圍內由粒度分佈曲線(所述粒度分佈曲線在曲線圖中進行繪製使得所述導電粉的粒度位於x軸上且具有對應直徑的導電粉顆粒的分率位於y軸上)及x軸包圍的面積對由所述粒度分佈曲線及x軸包圍的總面積的比。
現在,將參照圖1詳細闡述面積比S2/S1。
參照圖1,對於太陽能電池電極用組合物的全部導電粉來說,在曲線圖中繪製粒度分佈曲線使所述導電粉的粒度位於x軸上且具有對應直徑的導電粉顆粒的分率(例如,按重量計)位於y軸上。面積比S2/S1是指在對應粒徑範圍內由粒度分佈曲線及x軸包圍的面積S2對由整個粒度分佈曲線及x軸包圍的總面積S1的比。圖1示出對應於粒徑大於0微米且小於或等於2.0微米的導電粉顆粒的面積S2、以及由整個粒度分佈曲線及x軸包圍的面積S1。
應理解,提供圖1是為了說明粒度分佈曲線、面積S1及面積S2,且不應將圖1解釋為以任何方式限制本發明。
可以與面積比S2/S1相同的方式得到面積比S3/S1及面積比S4/S1。
在一個實施例中,可藉由以下方式獲得粒度分佈曲線:從太陽能電池電極用組合物中提取全部的導電粉,在25℃下藉由超音波處理(利用例如旋渦混合器)將0.25 g導電粉分散在5 ml異丙醇(isopropyl alcohol,IPA)中達3分鐘,利用型號1064D粒度分析儀(西萊斯股份有限公司(CILAS Co., Ltd.))測量導電粉的粒度,並在曲線圖中繪製所測得的值使所述導電粉的粒度位於x軸上且具有對應直徑的導電粉顆粒的分率位於y軸上。
較佳地,方程式1的值(即,(S2/S1)×100)介於6%到60%,方程式2的值(即,(S3/S1)×100)介於1.5%到50%,且方程式3的值(即,(S4/S1)×100)介於0.5%到40%。
即使在導電粉滿足方程式1及方程式2時,如果方程式3的值小於0.4%,那麼也難以用導電粉來填充奈米紋理化矽基板的凸塊之間的空間,使得在電極與基板之間的介面處產生孔隙,從而使接觸電阻增大,且如果方程式3的值超過45%,那麼組合物可因過多的細導電粉顆粒而具有不良印刷適性。
即使在導電粉滿足方程式1及方程式3時,如果方程式2的值小於1%,那麼也難以用導電粉來填充奈米紋理化矽基板的凸塊之間的空間,使得在電極與基板之間的介面處產生孔隙,從而使接觸電阻增大,且如果方程式2的值超過55%,那麼組合物可因過多的細導電粉顆粒而具有不良印刷適性。
即使在導電粉滿足方程式2及方程式3時,如果方程式1的值小於5%,那麼也難以用導電粉來填充奈米紋理化矽基板的凸塊之間的空間,使得在電極與基板之間的介面處產生孔隙,從而使接觸電阻增大,且如果方程式1的值超過65%,那麼組合物可因過多的細導電粉顆粒而具有不良印刷適性。
導電粉可滿足以下方程式:(S4/S1)×100(方程式3的值)> (S3/S1)×100(方程式2的值)> (S2/S1)×100(方程式1的值)。
在一個實施例中,導電粉可具有不對稱的粒度分佈曲線。
導電粉還可滿足方程式4: [方程式4] 5% ≤ (S5/S1)×100 ≤ 40% 其中S1是被粒度分佈曲線及x軸包圍的總面積,且S5是在大於1.3微米且小於或等於1.7微米的粒徑範圍內被粒度分佈曲線及x軸包圍的面積。
較佳地,方程式4的值(即,(S5/S1)×100)介於10%到30%。在此範圍內,導電粉可提供最高效的接觸電阻。
導電粉還可滿足方程式5: [方程式5] 5% ≤ (S6/S1)×100 ≤ 50% 其中S1是被粒度分佈曲線及x軸包圍的總面積,且S6是在大於1.7微米且小於或等於2.0微米的粒徑範圍內被粒度分佈曲線及x軸包圍的面積。
較佳地,方程式5的值(即,(S6/S1)×100)介於15%到40%。在此範圍內,導電粉可提供最高效的接觸電阻。
導電粉還可滿足方程式6: [方程式6] 35% ≤ (S7/S1)×100 ≤ 95% 其中S1是被粒度分佈曲線及x軸包圍的總面積,且S7是在大於2.0微米的粒徑範圍內被粒度分佈曲線及x軸包圍的面積。
在一個實施例中,S7可以是在大於2.0微米且小於或等於8.0微米的粒徑範圍內被粒度分佈曲線及x軸包圍的面積。較佳地,方程式6的值(即,(S7/S1)×100)介於35%到60%。在此範圍內,直徑為2.0微米或小於2.0微米的導電粉顆粒的量可落於根據本發明的範圍內,由此由太陽能電池電極用組合物形成的電極可具有充分的導電性而不會增加基板的反射率。
儘管在本發明的實施例中導電粉可包括相同或不同類型的導電粉,但所述導電粉較佳地包括相同類型的導電粉。舉例來說,導電粉可選自由以下組成的群組:銀(Ag)、金(Au)、鈀(Pd)、鉑(Pt)、銅(Cu)、鉻(Cr)、鈷(Co)、鋁(Al)、錫(Sn)、鉛(Pb)、鋅(Zn)、鐵(Fe)、銥(Ir)、鋨(Os)、銠(Rh)、鎢(W)、鉬(Mo)及鎳(Ni)。較佳地,導電粉是銀粉。
導電粉可具有各種顆粒形狀,例如球形、薄片形、或非晶形顆粒形狀,但並不僅限於此。較佳地,導電粉具有球形顆粒形狀。
以太陽能電池電極用組合物的總重量計,可存在60重量%到95重量%、較佳地70重量%到95重量%、更佳地85重量%到95重量%的量的導電粉。在此範圍內,所述組合物可改善太陽能電池轉換效率且可易於製備成膏形式。舉例來說,以太陽能電池電極用組合物的總重量計,可存在60重量%、61重量%、62重量%、63重量%、64重量%、65重量%、66重量%、67重量%、68重量%、69重量%、70重量%、71重量%、72重量%、73重量%、74重量%、75重量%、76重量%、77重量%、78重量%、79重量%、80重量%、81重量%、82重量%、83重量%、84重量%、85重量%、86重量%、87重量%、88重量%、89重量%、90重量%、91重量%、92重量%、93重量%、94重量%或95重量%的量的導電粉。
接下來,將闡述根據本發明的奈米紋理化基板。
所述奈米紋理化基板是構成太陽能電池的光接收面的基板。
一般來說,構成光接收面的基板可具有紋理化結構以改善光接收效率。所述紋理化結構可藉由利用所屬領域中已知的典型方法(例如蝕刻)對基板的正面進行表面處理而形成。所述紋理化結構用於會聚進入基板的正面的光。所述紋理化結構可具有錐體形狀(pyramidal shape)、方形蜂巢形狀(square honeycomb shape)、三角形蜂巢形狀(triangular honeycomb shape)等。因此,所述紋理化結構使更多的光能夠到達PN接面並可減少光反射率,從而使光學損耗最小化。
根據本發明的奈米紋理化基板還可在形成紋理化結構之後或期間形成有凸塊,以進一步減小日光從基板的表面的反射。圖2是奈米紋理化基板的表面的圖像。參照圖2,可看出奈米紋理化基板具有增大的表面粗糙度。
根據本發明的奈米紋理化基板具有增大的表面粗糙度以減少日光反射率,從而改善太陽能電池轉換效率。此外,奈米紋理化基板的表面粗糙度的增大使得電極與基板之間的接觸面積增大,從而減小接觸電阻。
在一個實施例中,奈米紋理化基板可為在垂直截面中每5微米長度形成有平均5個或更多個凸塊的基板,所述凸塊的高度(h)為50奈米或大於50奈米。
在一個實施例中,奈米紋理化基板可在垂直截面中每5微米長度形成有平均5到100個、較佳地5到50個凸塊,所述凸塊的高度(h)為50奈米或大於50奈米。
本文中使用的用語“凸塊”是指從基板的表面突出以形成表面粗糙度的一部分,且可以是至少部分地具有彎曲表面的突出物。此外,所述凸塊可以是對稱的或不對稱的,且可具有拋物線、半橢圓、半圓或至少部分彎曲的多邊形橫截面,但並不僅限於此。在本發明中,一個凸塊可獨立於相鄰的凸塊而形成,多個凸塊可在基板的橫截面中在一個方向上連續地形成,或者多個凸塊可在基板的橫截面中在垂直方向上以堆疊方式連續地形成。在本發明中,凸塊的形狀及排列形式不受特別限制,只要所述凸塊可確保上述表面粗糙度即可。
接下來,將參照圖3及圖4闡述用語“高度(h)”。參照圖3,“高度(h)”是指從連接凸塊的兩個最低點的輔助線到凸塊的頂部的距離。在圖3中,虛線表示輔助線。此處,輔助線可平行於或可不平行於奈米紋理化基板的最低平面。圖3及圖4示出其中輔助線不平行於最低平面的情形。
在一個實施例中,在奈米紋理化基板的垂直截面中每5微米長度上一對相鄰凸塊之間的平均最大距離可以是100奈米或大於100奈米,所述一對相鄰凸塊各自具有為50奈米或大於50奈米的高度(h)。此處,所述最大距離可彼此相同或不同。
可藉由對基板的濕蝕刻或乾蝕刻而調整奈米紋理化基板的凸塊的高度和/或凸塊的數目和/或凸塊之間的距離,但並不僅限於此。
濕蝕刻的代表性實例是金屬催化化學蝕刻(metal-catalyzed chemical etching,MCCE)。舉例來說,通過鋸切損壞移除(saw damage removal,SDR)製程移除由金剛石鋸切導致的鋸切損壞,然後通過MCCE形成奈米紋理。在本文中,MCCE是一種利用硝酸銀(AgNO3 )逐漸蝕刻矽基板的表面並移除作為蝕刻製程的副產物的銀奈米顆粒的製程。乾蝕刻的代表性實例是其中利用電漿對經受SDR的矽晶片進行乾蝕刻的反應離子蝕刻(reactive ion etching,RIE)。此處,使用SF6 /O2 氣體來產生電漿,且需要移除用作遮罩的SiOF層。
太陽能電池電極用組合物還可包含玻璃料及有機載體。此外,太陽能電池電極用組合物還可包含添加劑。
玻璃料
玻璃料用於藉由在太陽能電池電極用組合物的烘烤製程期間對抗反射層進行蝕刻並對導電粉進行熔融而在射極區中形成金屬晶粒。此外,玻璃料會改善導電粉與晶片的粘合力,且在烘烤製程期間被軟化以降低烘烤溫度。
玻璃料可具有150℃到450℃、具體來說180℃到400℃的玻璃轉化溫度(Tg)。在此範圍內,所述組合物可很好地沉積在具有凸塊的矽基板上,且可具有良好的接觸效率,從而進一步改善電性質(例如,接觸電阻及串聯電阻)。玻璃料可具有300℃到650°C、具體來說300°C到600°C的結晶溫度(Tc)。此外,玻璃料可具有350°C到700°C、具體來說350°C到650°C的熔點(Tm)。在Tc及Tm的這些範圍內,由所述組合物形成的電極可與矽基板具有進一步改善的接觸效率。
玻璃料可包含選自由以下組成的群組中的至少一種元素金屬:碲(Te)、鋰(Li)、鋅(Zn)、鉍(Bi)、鉛(Pb)、鈉(Na)、磷(P)、鍺(Ge)、鎵(Ga)、鈰(Ce)、鐵(Fe)、矽(Si)、鎢(W)、鎂(Mg)、鉬(Mo)、銫(Cs)、鍶(Sr)、鈦(Ti)、錫(Sn)、銦(In)、釩(V)、鋇(Ba)、鎳(Ni)、銅(Cu)、鉀(K)、砷(As)、鈷(Co)、鋯(Zr)、錳(Mn)、鋁(Al)及硼(B)。玻璃料可由所述至少一種元素金屬的氧化物形成。
舉例來說,玻璃料可包含選自由以下組成的群組中的至少一者:Bi-Te-O玻璃料、Pb-Bi-O 玻璃料、Pb-Te-O玻璃料、Te-B-O玻璃料、Te-Ag-O玻璃料、Pb-Si-O玻璃料、Bi-Si-O玻璃料、Te-Zn-O玻璃料、Bi-B-O玻璃料、Pb-B-O玻璃料、Bi-Mo-O玻璃料、Mo-B-O玻璃料以及Te-Si-O玻璃料。在此種情形中,由所述組合物形成的太陽能電池電極可在電性質之間表現出良好的平衡。
可藉由所屬領域中已知的任何適當方法來製備玻璃料。舉例來說,可藉由以下方式來製備玻璃料:使用球磨機或行星式磨機將上述組分混合,在900℃到1300℃下熔融混合物,並將熔融混合物淬火到25℃,然後使用盤磨機、行星式磨機等來粉碎所獲得的產物。所述玻璃料可具有為0.1微米到10微米的平均粒徑(D50)。
以太陽能電池電極用組合物的總重量計,可存在0.1重量%到20重量%、具體來說0.5重量%到10重量%的量的玻璃料。在此範圍內,玻璃料可確保PN接面在各種薄片電阻下的穩定性,最小化電阻,並最終提高太陽能電池效率。舉例來說,以太陽能電池電極用組合物的總重量計,可存在0.1重量%、0.2重量%、0.3重量%、0.4重量%、0.5重量%、0.6重量%、0.7重量%、0.8重量%、0.9重量%、1重量%、2重量%、3重量%、4重量%、5重量%、6重量%、7重量%、8重量%、9重量%、10重量%、11重量%、12重量%、13重量%、14重量%、15重量%、16重量%、17重量%、18重量%、19重量%或20重量%的量的玻璃料。
有機載體
有機載體通過與太陽能電池電極用組合物的無機組分進行機械混合而對所述組合物賦予適合於印刷的合適的粘度及流變特性。
有機載體可以是太陽能電池電極用組合物中所用的任何典型有機載體,且可一般包含粘合劑樹脂、溶劑等。
粘合劑樹脂可選自丙烯酸酯樹脂或纖維素樹脂。一般使用乙基纖維素作為所述粘合劑樹脂。此外,粘合劑樹脂可選自乙基羥乙基纖維素(ethyl hydroxyethyl cellulose)、硝基纖維素(nitrocellulose)、乙基纖維素與酚醛樹脂(phenol resin)的摻合物、醇酸樹脂(alkyd resin)、酚醛樹脂(phenol resin)、丙烯酸酯樹脂(acrylate ester resin)、二甲苯樹脂(xylene resin)、聚丁烯樹脂(polybutene resin)、聚酯樹脂(polyester resin)、脲樹脂(urea resin)、三聚氰胺樹脂(melamine resin)、乙酸乙烯酯樹脂(vinyl acetate resin)、木松香(wood rosin)、或醇的聚甲基丙烯酸酯(polymethacrylate of alcohol)等。
溶劑可選自由以下組成的群組:例如,己烷、甲苯、乙基溶纖劑、環己酮、丁基溶纖劑、丁基卡必醇(二乙二醇單丁醚)、二丁基卡必醇(二乙二醇二丁醚)、丁基卡必醇乙酸酯(二乙二醇單丁醚乙酸酯)、丙二醇單甲醚、己二醇、萜品醇、甲基乙基酮、苯甲醇、γ-丁內酯、及乳酸乙酯。這些溶劑可單獨使用或作為其混合物形式使用。
可存在100重量%的太陽能電池電極用組合物的餘量的有機載體。較佳地,以太陽能電池電極用組合物的總重量計,存在1重量%到30重量%的量的有機載體。在此範圍內,有機載體可對所述組合物提供足夠的粘合強度及良好的印刷適性。舉例來說,在太陽能電池電極用組合物中可存在1重量%、2重量%、3重量%、4重量%、5重量%、6重量%、7重量%、8重量%、9重量%、10重量%、11重量%、12重量%、13重量%、14重量%、15重量%、16重量%、17重量%、18重量%、19重量%、20重量%、21重量%、22重量%、23重量%、24重量%、25重量%、26重量%、27重量%、28重量%、29重量%或30重量%的量的有機載體。
添加劑
根據本發明的太陽能電池電極用組合物還可視需要包含任何典型的添加劑以增強流動性、加工性及穩定性。添加劑可包括分散劑、觸變劑、塑化劑、粘度穩定劑、消泡劑、顏料、紫外線穩定劑、抗氧化劑、偶合劑等。這些溶劑可單獨使用或作為其混合物形式使用。以太陽能電池電極用組合物的總重量計,可存在0.1重量%到5重量%的量的添加劑,但所述添加劑的含量可視需要進行改變。舉例來說,以太陽能電池電極用組合物的總重量計,可存在0.1重量%、0.2重量%、0.3重量%、0.4重量%、0.5重量%、0.6重量%、0.7重量%、0.8重量%、0.9重量%、1重量%、2重量%、3重量%、4重量%或5重量%的量的添加劑。
接下來,將闡述根據本發明的太陽能電池。
根據本發明的太陽能電池可包括由根據本發明的太陽能電池電極用組合物形成的電極。在一個實施例中,太陽能電池包括奈米紋理化矽基板以及形成在矽基板上的電極,其中所述奈米紋理化矽基板包括在垂直截面中每5微米長度形成有5個或更多個凸塊的基板,所述凸塊的高度(h)為50奈米或大於50奈米,且所述電極是由根據本發明的太陽能電池電極用組合物形成的。
現在,將參照圖5來闡述根據本發明的一個實施例的太陽能電池。圖5為根據本發明一個實施例的太陽能電池的示意圖。
根據本實施例的太陽能電池100可包括矽基板10及形成在矽基板10上的電極。
矽基板10可以是上面形成有PN接面的基板。前電極23可形成在矽基板10的正面上,且後電極21可形成在矽基板10的背面上。在本文中,正面指光接收面,且後面指基板的與所述正面相對的表面。
矽基板10可包括半導體基板11及射極12。矽基板10可以是藉由以下方式製備的基板:以n型摻雜劑摻雜p型半導體基板11的一個表面以形成n型射極12。作為另一選擇,基板10可以是藉由以下方式製備的基板:以p型摻雜劑摻雜n型半導體基板11的一個表面以形成p型射極12。此處,半導體基板11可以是p型基板或n型基板。p型基板可以是摻雜有p型摻雜劑的半導體基板11,且n型基板可以是摻雜有n型摻雜劑的半導體基板11。
在一個實施例中,半導體基板11可由結晶矽或化合物半導體形成。此處,結晶矽可以是單晶的或多晶的。舉例來說,可使用矽晶片作為結晶矽。
此處,p型摻雜劑可以是包含元素週期表的III族元素(例如,硼、鋁或鎵)的材料。此外,n型摻雜劑可以是包含元素週期表的V族元素(例如,磷、砷、或銻)的材料。
半導體基板11可藉由上述與製造奈米紋理化基板相關的方法形成。如此一來,半導體基板11且因此矽基板10可具有上述數目的凸塊。
矽基板10的表面上的前電極23可由根據本發明的太陽能電池電極用組合物形成。舉例來說,形成前電極的初步製程可藉由以下方式來執行:藉由印刷在矽基板的正面上沉積太陽能電池電極用組合物,然後進行乾燥。然後,可藉由在400℃到950℃、例如在750℃到950℃下烘烤30秒到180秒而形成前電極。可藉由所屬領域中已知的任何適當的方法由根據本發明的太陽能電池電極用組合物或用於太陽能電池電極的典型組合物形成後電極。
儘管在圖5中未示出,但可以匯流條圖案(bus bar pattern)形成前電極及後電極。
儘管在圖5中未示出,但在矽基板的正面上可進一步形成抗反射膜。所述抗反射膜進一步減小日光反射率,從而進一步增強基板的抗反射效率。抗反射膜可包含選自由以下組成的群組中的至少一者:氧化物,包括氧化鋁(Al2 O3 )、氧化矽(SiO2 )、氧化鈦(TiO2 或TiO4 )、氧化鎂(MgO)、氧化鈰(CeO2 )、或其組合;氮化物,包括氮化鋁(AlN)、氮化矽(SiNx)、氮化鈦(TiN)、或其組合;以及氮氧化物,包括氮氧化鋁(AlON)、氮氧化矽(SiON)、氮氧化鈦(TiON)、或其組合。可在矽基板的表面上形成抗反射膜之後形成前電極。
儘管在圖5中未示出,但可在矽基板10的背面上進一步形成選自由背面場層及抗反射膜組成的群組中的至少一者。
背面場層是藉由對半導體基板11的背面摻雜高濃度摻雜劑而形成的層。由於背面場層具有比半導體基板11高的摻雜濃度,因此在背面場層與半導體基板之間存在電位差。此防止在半導體基板中產生的電子朝向基板的背面移動並與金屬重新結合,從而減少電子損失。由此,可增大開路電壓(Voc)與填充因數(fill factor)二者,從而改善太陽能電池效率。當半導體基板是p型半導體基板時,背面場層可由p型摻雜劑形成,且當半導體基板是n型半導體基板時,背面場層可由n型摻雜劑形成。
抗反射膜在增加對特定波長的光的吸收率的同時減小光反射率,並增強與在矽基板的表面上存在的矽的接觸效率,從而提高太陽能電池效率。抗反射膜可具有不平整的表面,或者可具有與形成於基板上的紋理化結構相同的形式。在此種情形中,可減少入射光的反射損失(reflection loss)。基板的背面上的抗反射膜可由與上述基板的正面上的抗反射膜相同的材料形成,且可以單個層或多個層(例如,兩個層或更多個層)形成。可在矽基板的背面上依序形成背面場層及抗反射膜之後形成後電極。
抗反射膜可藉由例如原子層沉積(atomic layer deposition,ALD)、真空沉積、大氣壓化學氣相沉積(atmospheric pressure chemical vapor deposition)、電漿增強化學氣相沉積(plasma enhanced chemical vapor deposition)等而形成。
接下來,將參照實例來更詳細地闡述本發明。然而,應注意,提供這些實例僅用於說明,且不應理解為以任何方式限制本發明。
實例 1
在60℃下將作為有機粘合劑的1.0重量份的乙基纖維素(STD4,陶氏化學公司(Dow Chemical Company))充分溶解在了5.6重量份的萜品醇中,然後向所述粘合劑溶液中添加了88.90重量份的具有表1中所示粒度分佈的導電粉(銀粉)、3.1重量份的平均粒徑為1.0微米的Pb-Te-O玻璃料(Tg:275℃,Tc:410℃,Tm:530℃)、0.5重量份的表面張力調節劑(KF-96,信越化學有限公司(Shinetsu Chemicals Ltd.))、0.5重量份的分散劑(BYK102,畢克化學(BYK-chemie))以及0.4重量份的觸變劑(薩克塞特羅ST(Thixatrol ST),海明斯股份有限公司(Elementis Co., Ltd.)),隨後在3輥捏合機中混合及捏合,從而製備太陽能電池電極用組合物。
在25℃下藉由超音波處理(利用例如旋渦混合器)將0.25 g導電粉分散在5 ml異丙醇(isopropyl alcohol,IPA)中達3分鐘,然後利用型號1064D粒度分析儀(西萊斯股份有限公司)測量導電粉的粒徑,並接著在曲線圖中繪製所測得的值使所述導電粉的粒徑位於x軸上且具有對應直徑的導電粉顆粒的分率位於y軸上,從而獲得粒度分佈曲線。然後,得到方程式1、方程式2及方程式3的值,並將結果示出於表1中。
實例 2 到實例 9
除了如在表1中所列改變導電粉的種類以外,以與實例1相同的方式製備了太陽能電池電極用組合物。
比較例 1 到比較例 6
除了如在表1中所列改變導電粉的種類以外,以與實例1相同的方式製備了太陽能電池電極用組合物。
利用在實例及比較例中製備的太陽能電池電極用組合物中的每一者製作了太陽能電池,然後在表1中所示的性質方面對所述太陽能電池進行了評估。結果示出於表1中。
製作太陽能電池
藉由以預定圖案進行絲網印刷、然後在紅外線乾燥爐中在300℃下乾燥1分鐘而將在實例以及比較例中製備的太陽能電池電極用組合物中的每一者沉積在多晶晶片(藉由對晶片(摻雜有硼(B)的p型晶片)的正面進行紋理化、在紋理化表面上形成POCL3 的n+ 層、並在n+ 層上形成氧化鋁的鈍化層而製備)的正面之上。然後,將鋁膏印刷在晶片的背面上且如上所述在紅外線乾燥爐中在300℃下乾燥1分鐘,從而形成指狀電極圖案(finger electrode pattern)及匯流排電極圖案(bus electrode pattern)。將根據此程序形成的電池在帶型烘烤爐中在940°C的溫度下烘烤50秒,從而製作太陽能電池。
此處,如上所述藉由乾蝕刻執行紋理化製程,從而獲得具有凸塊的奈米紋理化基板,其中凸塊的數目與在表1中所示者相同。利用所製作的太陽能電池的橫截面的電子顯微圖像將基板的垂直截面中每5微米長度上高度(h)為50奈米或大於50奈米的凸塊的數目測量了10次,然後對所述值進行平均。
利用太陽能電池效率測定儀CT-801(帕桑有限公司(Pasan Co., Ltd.))在接觸電阻(Rc,mΩ)、填充因數(FF,%)及轉換效率(Eff.,%)方面對所製作的太陽能電池進行了評估。
Figure 108126949-A0304-0001
如在表1中所示,可看出根據本發明的太陽能電池電極用組合物可減小與奈米紋理化基板的接觸電阻,從而增大太陽能電池轉換效率。此外,根據本發明的太陽能電池電極用組合物具有良好的印刷適性同時使太陽能電池的反射率的增加最小化。
應理解,在不背離本發明的精神及範圍的條件下,所屬領域中的技術人員可做出各種修改、改變、變更及等效實施例。
10:矽基板/基板 11:半導體基板 12:射極 21:後電極 23:前電極 100:太陽能電池 h:高度 S1、S2:面積 X、Y:方向軸
圖1是示出本文中使用的粒度分佈曲線及面積S1及S2的概念圖。 圖2是根據本發明的奈米紋理化基板的表面的放大圖像。 圖3是示出對本文中使用的凸塊的高度(h)的定義的概念圖。 圖4是根據本發明一個實施例的奈米紋理化基板的剖視圖。 圖5是根據本發明一個實施例的太陽能電池的示意性剖視圖。
S1、S2:面積
X、Y:方向軸

Claims (9)

  1. 一種包括奈米紋理化基板的太陽能電池的電極用組合物,所述組合物包含: 導電粉;玻璃料;以及有機載體, 其中當在曲線圖中繪製粒度分佈曲線使所述導電粉的粒度位於x軸上且具有對應直徑的導電粉顆粒的分率位於y軸上時,所述導電粉滿足方程式1、方程式2及方程式3: [方程式1] 5% ≤ (S2/S1)×100 ≤ 65% [方程式2] 1% ≤ (S3/S1)×100 ≤ 55% [方程式3] 0.4% ≤ (S4/S1)×100 ≤ 45% 其中S1是被所述粒度分佈曲線及所述x軸包圍的總面積,S2是在大於0微米且小於或等於2.0微米的粒徑範圍內被所述粒度分佈曲線及所述x軸包圍的面積,S3是在大於0微米且小於或等於1.7微米的粒徑範圍內被所述粒度分佈曲線及所述x軸包圍的面積,且S4是在大於0微米且小於或等於1.3微米的粒徑範圍內被所述粒度分佈曲線及所述x軸包圍的面積。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的包括奈米紋理化基板的太陽能電池的電極用組合物,其中所述導電粉滿足方程式4: [方程式4] 5% ≤ (S5/S1)×100 ≤ 40% 其中S1是被所述粒度分佈曲線及所述x軸包圍的所述總面積,且S5是在大於1.3微米且小於或等於1.7微米的粒徑範圍內被所述粒度分佈曲線及所述x軸包圍的面積。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的包括奈米紋理化基板的太陽能電池的電極用組合物,其中所述導電粉滿足方程式5: [方程式5] 5% ≤ (S6/S1)×100 ≤ 50% 其中S1是被所述粒度分佈曲線及所述x軸包圍的所述總面積,且S6是在大於1.7微米且小於或等於2.0微米的粒徑範圍內被所述粒度分佈曲線及所述x軸包圍的面積。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的包括奈米紋理化基板的太陽能電池的電極用組合物,其中所述導電粉滿足方程式6: [方程式6] 35% ≤ (S7/S1)×100 ≤ 95% 其中S1是被所述粒度分佈曲線及所述x軸包圍的所述總面積,且S7是在大於2.0微米的粒徑範圍內被所述粒度分佈曲線及所述x軸包圍的面積。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的包括奈米紋理化基板的太陽能電池的電極用組合物,其中所述導電粉包括銀粉。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的包括奈米紋理化基板的太陽能電池的電極用組合物,包含: 60重量%到95重量%的所述導電粉; 0.1重量%到20重量%的所述玻璃料;以及 餘量的所述有機載體。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的包括奈米紋理化基板的太陽能電池的電極用組合物,還包含: 選自由以下組成的群組中的至少一種添加劑:分散劑、觸變劑、塑化劑、粘度穩定劑、消泡劑、顏料、紫外線穩定劑、抗氧化劑、及偶合劑。
  8. 一種太陽能電池,包括: 奈米紋理化基板以及形成在所述奈米紋理化基板上的電極, 其中所述奈米紋理化基板包括在垂直截面中每5微米長度形成有平均5個或更多個凸塊的基板,所述凸塊的高度為50奈米或大於50奈米,且所述電極是由如申請專利範圍第1到7項中任一項所述的包括奈米紋理化基板的太陽能電池的電極用組合物形成的。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的太陽能電池,其中在所述奈米紋理化基板的垂直截面中每5微米長度上一對相鄰凸塊之間的平均最大距離大於或等於100奈米,所述一對相鄰凸塊各自具有為50奈米或大於50奈米的高度。
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