CN102194537A

CN102194537A - 用于太阳能电池电极的糊剂及使用这种糊剂的太阳能电池电极和太阳能电池

Info

Publication number: CN102194537A
Application number: CN2010105769055A
Authority: CN
Inventors: 郑锡铉; 金东俊; 冈本珍范
Original assignee: Cheil Industries Inc
Current assignee: Changzhou Fusion New Material Co Ltd
Priority date: 2010-03-19
Filing date: 2010-12-07
Publication date: 2011-09-21
Anticipated expiration: 2030-12-07
Also published as: KR20110105682A; US20110227004A1; KR101246686B1; CN102194537B

Abstract

本发明涉及一种用于太阳能电池电极的糊剂，使用这种糊剂的太阳能电池电极和太阳能电池。这种用于太阳能电池电极的糊剂包括导电性粉末，玻璃粉和有机载体，其中所述玻璃粉包括结晶的玻璃粉。这种糊剂中的结晶玻璃粉提供了显著改善的转化效率。

Description

用于太阳能电池电极的糊剂及使用这种糊剂的太阳能电池电极和太阳能电池

技术领域

本发明涉及用于太阳能电池电极的糊剂(或膏剂)，使用这种糊剂的太阳能电池电极和太阳能电池。更具体而言，本发明涉及包含结晶的玻璃粉而提供改善的转化效率的用于太阳能电池电极的糊剂，以及使用这种糊剂的太阳能电池。

背景技术

因为诸如石油和煤的化石燃料预期将会枯竭，利用太阳光作为替代能源的太阳能电池已经吸引了人们的关注。所制成的太阳能电池采用将太阳光光子转化成电流的p-n结之光伏效应而产生电能。在太阳能电池中，前电极和后电极分别形成于具有p-n结的半导体晶片或基板的上下表面上。接着，通过太阳光进入晶片而诱导p-n结的光伏效应并通过p-n结的光伏效应产生的电子提供通过电极流出到外面的电流。

太阳能电池的电极通过涂施、图案化和烧制用于电极的糊剂而形成于晶片上。尤其是对于面对入射方向太阳光的前电极，用于太阳能电池电极的糊剂包括导电性粉末、玻璃粉、和起到液体载体作用的载体。

用于评价太阳能电池质量的一个标准是转化效率。太阳能电池的转化效率是指由入射光转化成电能的百分数并能够表示为最大功率与入射能量的比率。为了提高太阳能电池的转化效率，改善电极的特性是很重要的，而各种努力已经用于电极特性的改善。

例如，韩国专利公开出版物No.2008-0099406公开了一种测定Ag粉振实密度的方法。韩国专利公开出版物No.2007-0084100公开了一种通过改变玻璃粉组成而增强转化效率的方法。韩国专利公开出版物No.2007-0067636公开了一种改变银粉颗粒直径的方法。韩国专利公开出版物No.2007-0066938公开了一种采用烧结抑制剂而提高转化效率的方法。

然而，在包括以上公开内容的传统技术中，在将太阳能电池糊剂印刷和干燥于晶片的前后侧上之后进行烧结期间Ag离子渗透到硅晶片中，以至于所制备的太阳能电池由于电极上离子分布低下而招致串联和并联电阻变差，由此太阳能电池的转化效率不能得到显著改善。

因此，本发明人开发了一种用于使用这种糊剂(或膏剂)的太阳能电池电极和太阳能电池的糊剂，其提供了良好的串联和并联电阻同时还改善了转化效率。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了用于太阳能电池电极的糊剂(或膏剂)。这种用于太阳能电池电极的糊剂包括(a)导电性粉末，(b)玻璃粉，以及(c)有机载体，其中玻璃粉(b)包括结晶的玻璃粉。

在一个实施方式中，导电性粉末(a)可以包括选自由银(Ag)、金(Au)、钯(Pd)、铂(Pt)、铜(Cu)、铬(Cr)、钴(Co)、铝(Al)、锡(Sn)、铅(Pb)、锌(Zn)、铁(Fe)、铱(Ir)、锇(Os)、铑(Rh)、钨(W)、钼(Mo)、镍(Ni)、和氧化铟锡(ITO)组成的组中的至少之一。优选导电性粉末包含银(Ag)。

结晶的玻璃粉可以具有5％～80％的结晶度。在一个实施方式中，结晶的玻璃粉具有20％～80％，优选40％～75％的结晶度。

结晶的玻璃粉可以具有400℃～700℃的结晶温度。

在一个实施方式中，玻璃粉(b)可以包含结晶的玻璃粉和无定形的玻璃粉。

有机载体(c)可以包含有机粘合剂和溶剂。

在一个实施方式中，用于太阳能电池电极的糊剂可以包含(a)50wt％～90wt％的导电性粉末，(b)0.5wt％～20wt％的玻璃粉，以及(c)1wt％～30wt％的有机载体。

在另一实施方式中，用于太阳能电池电极的糊剂可以进一步包含至少一种选自由氧化锌、氧化铅、和氧化铜组成的组中的金属氧化物。金属氧化物可以按照对于糊剂0.01wt％～10wt％的用量加入。

在一个实施方式中，用于太阳能电池电极的糊剂可以进一步包含添加剂，如增塑剂、分散剂、触变剂、粘度稳定剂、消泡剂、颜料、UV稳定剂、抗氧化剂、偶联剂等。

根据本发明的另一方面，提供了由这种糊剂制成的电极。在一个实施方式中，这种电极可以通过烧结这种用于太阳电池电极的糊剂而形成。

根据本发明的又一方面，提供了包含这种电极的太阳能电池。

附图说明

结合附图由所给出的以下实施方式的描述，本发明的以上和其它目的、特征和优点将会显而易见，其中：

图1是根据本发明一个实施方式的太阳能电池的示图。

具体实施方式

本发明的实施方式现在将参照附图进行详细描述。

根据一个实施方式，用于太阳能电池电极的糊剂包含(a)导电性粉末，(b)玻璃粉，和(c)有机载体。

(a)导电性粉末

在本发明中，导电性粉末可以是导电性有机材料或导电性无机材料。导电性粉末的实例可以包括，但不限于，银(Ag)、金(Au)、钯(Pd)、铂(Pt)、铜(Cu)、铬(Cr)、钴(Co)、铝(Al)、锡(Sn)、铅(Pb)、锌(Zn)、铁(Fe)、铱(Ir)、锇(Os)、铑(Rh)、钨(W)、钼(Mo)、镍(Ni)、和氧化铟锡(ITO)。这些导电性粉末可以单独使用或以其两种或多种类型的组合进行使用。在一个实施方式中，导电性粉末包括银(Ag)颗粒，并可以进一步包括镍(Ni)、钴(Co)、铁(Fe)、锌(Zn)或铜(Cu)颗粒。

这种导电性粉末可以具有0.1μm～10μm，优选0.2μm～7μm，更优选0.5μm～5μm，而更进一步优选1μm～3μm的平均颗粒直径(D50)。

这种导电性粉末可以按照相对于糊剂的总重量的50wt％～90wt％的用量加入。如果导电性粉末用量处于该范围内，电极就可以获得良好的串联电阻(Rs)和填充系数(FF)而不会招致电极短路，而且糊剂能够易于在上述范围内形成。导电性粉末可以优选按照70wt％～85wt％的用量加入。

(b)玻璃粉

玻璃粉用于烧制工艺过程期间蚀刻前表面上的抗反射膜，容许导电性粉末和具有p-n结的硅晶片之间产生良好的欧姆接触，并增强导电性粉末和下基质之间的附着力。

玻璃粉可以包括结晶的玻璃粉。在一个实施方式中，所述玻璃粉可以仅包含结晶的玻璃粉。在另一实施方式中，所述玻璃粉可以包含结晶的玻璃粉和无定形的玻璃粉。当玻璃粉既包含结晶的玻璃粉又包含无定形玻璃粉时，在玻璃粉中结晶的玻璃粉与无定形玻璃粉的混合比率处于30∶70～70∶30(w/w)，优选40∶60～60∶40(w/w)的范围内。

在一个实施方式中，所述玻璃粉可以包含氧化铋(Bi₂O₃)作为主要组分并进一步包含碳酸钡(BaCO₃)、氧化硼(B₂O₃)、氧化锌(ZnO)等。

所述结晶的玻璃粉可以具有在400℃～700℃下5％～80％的结晶度。当结晶玻璃粉处于该范围内，就能够获得良好的欧姆接触甚至在烧结之后也不会形成开裂。在一个实施方式中，结晶的玻璃粉可以具有20％～80％，优选25％～75％，更优选40％～70％的结晶度。

结晶的玻璃粉可以具有400℃～700℃的结晶温度。

另外，结晶的玻璃粉可以具有300℃～500℃的软化温度，和250℃～450℃的转化点。优选地，玻璃粉具有300℃～400℃的转化点。

玻璃粉(b)可以具有0.1μm～5μm的平均颗粒直径(D50)。当玻璃粉处于该范围内，就不会在形成电极时的印刷期间出现故障，而在烧结之后获得良好的图案紧凑性，由此降低电阻损失。

玻璃粉可以按照相对于糊剂总重量0.5wt％～20wt％的用量加入。在这个范围内，玻璃粉并不会导致抗反射膜的蚀刻和欧姆接触产生故障，并防止p-n结击穿和电阻升高。玻璃粉优选按照1wt％～15wt％，更优选2wt％～10wt％的用量加入。

(c)有机载体

有机载体(c)可以是有机粘合剂，其为糊剂提供液体性质并可以进一步包含溶剂。

作为有机粘合剂，纤维素聚合物，如乙基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、和羟乙基羟丙基纤维素，以及丙烯酸类聚合物都可以单独使用或以其两种或多种类型的混合物使用。

溶剂可以是具有120℃或更高沸点的有机溶剂。溶剂的实例包括但不限于，甲基溶纤剂、乙基溶纤剂、丁基溶纤剂、脂族醇、松油醇(萜品醇，terpineol)、乙二醇、乙二醇单丁基醚、醋酸丁基溶纤剂、和伊士曼成膜助剂(2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇单异丁酸酯，texanol)。这些溶剂可以单独使用或以其两种或多种类型的混合物使用。

在一个实施方式中，有机载体(c)可以包括5wt％～30wt％的有机粘合剂和70wt％～95wt％的溶剂。在另一实施方式中，有机载体(c)包含10wt％～20wt％的有机粘合剂和80wt％～90wt％的溶剂。

有机载体可以按照相对于糊剂总重量的1wt％～30wt％的用量加入。在一个实施方式中，有机载体按照1wt％～25wt％的用量加入。优选地，有机载体按照5wt％～20wt％的用量加入。如果有机载体含量低于1wt％，则糊剂制备之后粘度就会增加太大，或者在印刷和干燥糊剂之后对基板的附着力就可能变差。如果有机载体含量超过30wt％，太阳能电池接受阳光的表面积就会降低，这就会导致光电原动力降低。

(d)金属氧化物

用于太阳能电池电极的糊剂可以进一步包含至少一种选自由氧化锌(ZnO)、氧化铅(PbO)、和氧化铜(CuO)组成的组中的金属氧化物。

金属氧化物(d)可以具有0.1μm～25μm，优选1.5μm～10μm的平均颗粒直径(D50)。

金属氧化物(d)改善了电极的接触电阻并有利于玻璃粉的结晶。金属氧化物可以按照相对于糊剂总重量的0.01wt％～10wt％的用量加入。优选地，金属氧化物按照0.05wt％～7wt％，而更优选0.1wt％～5wt％的用量加入。

如果金属氧化物按照大于10wt％的用量加入，则电极图案的烧结致密度就会变差，由此导致电阻增加而太阳能电池的电性能变差。

太阳能电池电极的糊剂按照需要可以进一步含有普通添加剂，而增强流动性能、加工性能和稳定性。这些添加剂可以包括，但不限于，增塑剂、分散剂、触变剂、粘度稳定剂、消泡剂、颜料、UV稳定剂、抗氧化剂、偶联剂等。这些物质可以单独使用或以其两种或多种类型的混合物使用。这些物质对于本领域技术人员而言是众所周知的，本文中将省略其详细描述。

本发明的其它方面提供了由用于太阳能电池电极的糊剂形成的电极和包括这种电极的太阳能电池。图1示出了根据本发明一个实施方式的太阳能电池。

参照图1，后电极210和前电极230可以通过将糊剂印刷和烧制在包括p-层101和n-层102的晶片或基板100上而形成，这将起到发射极的作用。例如，用于制备后电极210的预备工艺过程是通过将糊剂印刷在晶片100的后表面上并在200℃～400℃干燥印刷的糊剂10～60s而进行实施。另外，用于制备前电极230的预备工艺过程是通过将糊剂印刷在晶片100的前表面上并干燥印刷的糊剂而进行实施。随后，前电极230和后电极210可以通过将晶片100在400℃～900℃下烧制30～50s而形成。

本发明将参照实施例进行详细描述。然而，应该注意到，提供这些实施例仅用于举例说明的目的而不用于限制本发明的范围。

为了描述的清晰性起见，对于本领域技术人员显而易见的细节描述将会省略。

实施例

以下实施例和对照实施例中所用的组分清单如下：

(a)导电性粉末：球形Ag粉末，具有2μm的平均颗粒直径(D50)(AG-4-8，Dowa HighTech Co.，Ltd.)

(b)玻璃粉

(b1)结晶的无铅玻璃粉，具有0.9μm的平均颗粒直径和365℃的转变点(晶化玻璃，结晶度28.2％，Yamamura Co.，Ltd.，BT328)

(b2)无定形的铅化玻璃粉，具有1μm的平均颗粒直径和451℃的转变点(铅化玻璃，Particlogy Co.，Ltd.，PSL1004C)

(b3)无定形的无铅玻璃粉，具有2.2μm的平均颗粒直径和421℃的转变点(无铅玻璃，Particlogy Co.，Ltd.，LF6001)

(c)有机载体

(c1)粘合剂：乙基纤维素(Dow Chemical Co.，Ltd.，STD4)

(c2)溶剂：松油醇(Nippon Terpine Co.，Ltd.)

(d)金属氧化物：ZnO粉末(Kanto Chemical Co.，Ltd.)

实施例1

将2wt％乙基纤维素在60℃下充分溶解于15wt％的松油醇中，并向其中加入80wt％的Ag粉末和3wt％的结晶的玻璃粉(b1)且均匀混合溶液，接着经由三辊混合机混合和分散而获得用于太阳能电池电极的糊剂(或膏剂)。

实施例2

除了加入2wt％的结晶的玻璃粉(b1)并使用1wt％的ZnO粉末之外，按照实施例1中的相同工艺方法实施实施例2。

实施例3

除了另外加入2wt％的无定形的铅化玻璃粉(b2)并使用13wt％的松油醇之外，按照实施例2中的相同工艺方法实施实施例3。

实施例4

除了使用2wt％的无定形的无铅玻璃粉(b3)代替无定形的铅化玻璃粉(b2)之外，按照实施例3中的相同工艺方法实施实施例4。

实施例5

除了使用4wt％的结晶的玻璃粉(b1)，1wt％的ZnO粉末和13wt％的松油醇之外，按照实施例1中的相同工艺方法实施实施例5。

实施例6

除了使用4wt％的ZnO粉末和10wt％的松油醇之外，按照实施例3中的相同工艺方法实施实施例6。

对照实施例1

除了使用3wt％的无定形的铅化玻璃粉(b2)代替结晶的玻璃粉(b1)之外，按照实施例1中的相同工艺方法实施对照实施例1。

对照实施例2

除了使用2wt％的无定形的铅化玻璃粉(b2)代替结晶的玻璃粉(b1)之外，按照实施例2中的相同工艺方法实施对照实施例2。

将按照实施例1～6和对照实施例1和2制备的每一种糊剂通过丝网印刷而以预定图案印刷于晶片的整个前表面上，并于UV干燥炉中干燥。将铝糊剂随后通过丝网印刷印刷于晶片的整个后表面上并按照相同的方式进行干燥。晶片在带型干燥炉中于400～900℃下烧制30～50s，由此制备成太阳能电池。太阳能电池的串联电阻(Rs，mΩ)、并联电阻(Rsh，Ω)、和转化效率(Eff.，％)采用太阳能电池效能测试器(CT801，Pasan SA)进行测定。结果如表1所示。

[表1]

如表1中所示，实施例1～6，其中加入了结晶的玻璃粉，表现出良好的转化效率。具体而言，当向糊剂中加入金属氧化物时，实现了串联电阻的优异改善，由此导致转化效率的改善。

尽管已经提供了一些实施方式并结合附图和表格来举例说明本发明，但是本发明并不限于这些实施方式而可以以多种不同形式来实现。对于本技术领域的技术人员而言，作出各种不偏离本发明的精神和范围的修改、变化和替代是显而易见的。因此，应该理解到，所提供的实施方式仅用于举例说明的目的而并不用来限制本发明的范围。

Claims

1.一种用于太阳能电池电极的糊剂，包括：

(a)导电性粉末，(b)玻璃粉、和(c)有机载体，其中所述玻璃粉包含结晶的玻璃粉。

2.根据权利要求1所述的用于太阳能电池电极的糊剂，其中所述导电性粉末(a)包含至少一种选自由银(Ag)、金(Au)、钯(Pd)、铂(Pt)、铜(Cu)、铬(Cr)、钴(Co)、铝(Al)、锡(Sn)、铅(Pb)、锌(Zn)、铁(Fe)、铱(Ir)、锇(Os)、铑(Rh)、钨(W)、钼(Mo)、镍(Ni)、和氧化铟锡(ITO)组成的组。

3.根据权利要求1所述的用于太阳能电池电极的糊剂，其中所述结晶的玻璃粉具有5％～80％的结晶度。

4.根据权利要求1所述的用于太阳能电池电极的糊剂，其中所述结晶的玻璃粉具有400℃～700℃的结晶温度。

5.根据权利要求1所述的用于太阳能电池电极的糊剂，其中所述玻璃粉(b)包含结晶的玻璃粉和无定形的玻璃粉。

6.根据权利要求5所述的用于太阳能电池电极的糊剂，其中所述结晶的玻璃粉与所述无定形玻璃粉的混合比率在所述玻璃粉中处于30∶70～70∶30(w/w)的范围。

7.根据权利要求1所述的用于太阳能电池电极的糊剂，其中所述有机载体(c)包含有机粘合剂和溶剂。

8.根据权利要求1所述的用于太阳能电池电极的糊剂，其中所述糊剂包含(a)50wt％～90wt％的导电性粉末，(b)0.5wt％～20wt％的所述玻璃粉和(c)1wt％～30wt％的所述有机载体。

9.根据权利要求1所述的用于太阳能电池电极的糊剂，进一步包括：

相对于所述糊剂的总重量，0.01wt％～10wt％的至少一种选自由氧化锌、氧化铅、和氧化铜组成的组中的金属氧化物。

10.根据权利要求1所述的用于太阳能电池电极的糊剂，进一步包括：

至少一种选自由增塑剂、分散剂、触变剂、粘度稳定剂、消泡剂、颜料、UV稳定剂、抗氧化剂、和偶联剂组成的组中的添加剂。

11.一种根据权利要求1～10任一项所述的糊剂制成的太阳能电池电极。

12.一种包括根据权利要求11所述的电极的太阳能电池。