TWI681410B - 用於太陽電池電極的組成物及使用其製備的太陽電池電極 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種用於太陽電池電極的組成物及太陽電池電極。用於太陽電池電極的組成物包含導電粉、Te-Li-Zn-O系玻璃料及有機載體,其中所述玻璃料具有0.8 g/ml到1.55 g/ml的密度。
Description
本申請主張在2017年7月28日在韓國智慧財產權局提出申請的韓國專利申請第10-2017-0096540號的優先權,所述韓國專利申請的全部公開內容併入本申請供參考。
各實施例有關一種用於太陽電池電極的組成物以及一種使用所述組成物製備的太陽電池電極。
太陽電池可利用可將日光的光子轉換成電力的p-n結(p-n junction)的光生伏打效應(photovoltaic effect)來產生電能。在太陽電池中,可在半導體晶片或基板的具有p-n結的上表面及下表面上分別形成前電極及後電極。p-n結的光生伏打效應可由進入半導體晶片的日光誘發。由p-n結的光生伏打效應產生的電子可經由電極向外部提供電流。可通過對用於太陽電池電極的組成物進行施用、圖案化及烘烤而在晶片上形成太陽電池的電極。
可使用包含導電粉、玻璃料及有機載體的導電膏組成物(conductive paste composition)作為用於太陽電池電極的組成物。導電膏組成物中的玻璃料可用於溶解形成在半導體晶片上的抗反射層,且將導電粉電連接到半導體晶片。
除太陽電池電極的縱橫比之外,玻璃料還可能會影響太陽電池的電特性(例如開路電壓(open circuit voltage)Voc、串聯電阻Rs或類似參數)。因此,太陽電池的轉換效率及填充因數(fill factor)可相應地進行改變。
因此,可能需要一種可改善太陽電池的電特性的用於太陽電池電極的組成物。
現有技術公開在日本專利公開案第2012-084585號中。
各實施例可提供一種具有良好的玻璃料分散性從而能夠進行均勻蝕刻、具有低串聯電阻Rs及高轉換效率的用於太陽電池電極的組成物以及一種使用所述組成物製備的電極。
各實施例有關一種用於太陽電池電極的組成物。
所述實施例可通過一種包含導電粉、Te-Li-Zn-O系玻璃料及有機載體的用於太陽電池電極的組成物來實現,其中所述玻璃料具有0.8 g/ml到1.55 g/ml的密度。
所述玻璃料可由金屬氧化物形成,所述金屬氧化物包含25 mol%到45 mol%的氧化碲(TeO2
)、25 mol%到40 mol%的氧化鋰(Li2
O)及15 mol%到35 mol%的氧化鋅(ZnO)。
所述玻璃料可由包含氧化碲(TeO2
)、氧化鋰(Li2
O)及氧化鋅(ZnO)的金屬氧化物形成,且所述玻璃料可滿足以下式1: [式1] 0 mol% ≤ |MTeO2
- MLi2O
| + |MLi2O
- MZnO
| + |MZnO
- MTeO2
| ≤ 60 mol% 其中,在以上式1中, MTeO2
表示氧化碲(TeO2
)的mol%, MLi2O
表示氧化鋰(Li2
O)的mol%,且 MZnO
表示氧化鋅(ZnO)的mol%。
所述玻璃料可不包含鉍(Bi)也不包含鉛(Pb)。
所述玻璃料可具有0.1 μm到10 μm的粒度(particle size)。
所述玻璃料可更包含以下中的至少一者: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)。
所述用於太陽電池電極的組成物可包含60重量%到95重量%的導電粉、0.1重量%到20重量%的玻璃料及1重量%到30重量%的有機載體。
所述用於太陽電池電極的組成物還可包含分散劑、觸變劑、塑化劑、黏度穩定劑、消泡劑、顏料、紫外線穩定劑、抗氧化劑及偶合劑中的至少一者。
各實施例有關一種太陽電池電極。
所述實施例可通過提供一種使用上述用於太陽電池電極的組成物製備的太陽電池電極來實現。
因此,提供一種具有良好的玻璃料分散性從而能夠進行均勻蝕刻、具有低串聯電阻Rs及高轉換效率的用於太陽電池電極的組成物以及一種由所述組成物製備的電極。
現在將參照圖式在以下更充分地闡述示例性實施例;然而,所述示例性實施例可被實施為不同形式而不應被解釋為僅限於本文中所述的實施例。更確切來說,提供這些實施例是為了使本發明內容透徹及完整,並將向所屬領域中的技術人員充分傳達示例性實作方式。在圖式中,為清晰起見將省略與說明無關的部分。
當在本說明書中使用本文所使用的用語例如「包括(comprise、comprising)」、「具有(have、having)」及「包含include及including」時,是指明所陳述特徵、整數、步驟、操作、元件及/或元件的存在,但並不排除一個或多個其他特徵、整數、步驟、操作、元件、元件及/或其群組的存在或添加,除非使用用語「僅」。除非上下文另外清晰地指明,否則本文所使用的單數形式「一(a及an)」旨在也包括複數形式。
在構造實施例的元件時,認為即使不存在特別說明,仍包括誤差範圍。
本文所使用的用語「金屬氧化物」是指一種金屬氧化物或多種金屬氧化物。
本文所使用的標示「X到Y」的範圍的用語是指「至少X且不大於Y」。
用於太陽電池電極的組成物
根據實施例的一種用於太陽電池電極的組成物可包含導電粉、Te-Li-Zn-O系玻璃料及有機載體,且玻璃料可具有0.8 g/ml到1.55 g/ml的密度。
現在,將更詳細地闡述用於太陽電池電極的組成物的每一組分。
(1)導電粉
導電粉可用於對用於太陽電池電極的組成物賦予導電性。用於太陽電池電極的組成物可包含金屬粉(例如銀(Ag)或鋁(Al))作為導電粉。舉例來說,導電粉可包括銀粉。導電粉可具有奈米級粒度或微米級粒度。舉例來說,導電粉可包括具有數十奈米到數百奈米的粒度或具有數微米到數十微米的粒度的銀粉。在一些實作方式中,導電粉可包括具有不同粒度的兩種或更多種銀粉的混合物。
導電粉的顆粒形狀無特別限制。導電粉可具有各種顆粒形狀,例如球形形狀、薄片形形狀或非晶形顆粒形狀,對此並無限制。
舉例來說,導電粉可具有0.1 μm到10 μm、例如0.5 μm到5 μm的平均粒度(D50)。可在經由超音波作用在25℃下將導電粉分散在異丙醇(isopropyl alcohol,IPA)中達3分鐘之後,利用例如型號1064D(西萊斯有限公司(CILAS Co., Ltd.))粒度分析儀來測量平均粒度。在此範圍內,可減小太陽電池電極的接觸電阻及線電阻。
在用於太陽電池電極的組成物中可存在60重量%到95重量%、例如70重量%到90重量%的量的導電粉。在此範圍內,包含此組成物的太陽電池的轉換效率可提高且此組成物可易於製備成膏形式。舉例來說,在用於太陽電池電極的組成物中,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。
(2)Te-Li-Zn-O系玻璃料
玻璃料可用於通過在用於太陽電池電極的組成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(emitter region)中形成金屬晶粒。玻璃料可增強導電粉與晶片之間的黏合。在烘烤製程期間,玻璃料可軟化且降低烘烤溫度。
在一些實作方式中,可使用Te-Li-Zn-O系玻璃料,且此玻璃料可具有0.8 g/ml到1.55 g/ml的密度。在此玻璃料範圍內,玻璃料在此組成物中的分散性可提高從而能夠進行均勻蝕刻,且可在提高轉換效率的同時減小太陽電池的串聯電阻。在示例性實施例中,玻璃料可具有0.8 g/ml、0.85 g/ml、0.9 g/ml、0.95 g/ml、1.0 g/ml、1.05 g/ml、1.1 g/ml、1.15 g/ml、1.2 g/ml、1.25 g/ml、1.3 g/ml、1.35 g/ml、1.4 g/ml、1.45 g/ml、1.5 g/ml或1.55 g/ml的密度。
玻璃料的密度可表示在將用於玻璃料的金屬氧化物熔融、淬火及粉碎之後測量的密度,且可利用所屬領域中的技術人員所已知的任何合適的方法來測量玻璃料的密度。
Te-Li-Zn-O系玻璃料可由包含氧化碲(TeO2
)、氧化鋰(Li2
O)及氧化鋅(ZnO)的金屬氧化物製備。舉例來說,可使用球磨機(ball mill)或行星磨機(planetary mill)將金屬氧化物混合。可將經混合組成物在900℃到1300℃下熔融,然後淬火到25℃。可使用例如盤磨機(disk mill)或行星式磨機來粉碎所得生成物。玻璃料可具有0.1 μm到10 μm的平均粒度(D50)。
在一些實作方式中,玻璃料可由金屬氧化物形成,所述金屬氧化物包含25 mol%到45 mol%的氧化碲(TeO2
)、25 mol%到40 mol%的氧化鋰(Li2
O)及15 mol%到35 mol%的氧化鋅(ZnO)。在此範圍內,玻璃料的密度可在實施例的範圍內進行調節,且包含玻璃料的太陽電池的電特性可得到很好的平衡。
玻璃料可由包含氧化碲(TeO2
)、氧化鋰(Li2
O)及氧化鋅(ZnO)的金屬氧化物形成,且玻璃料可滿足以下式1: [式1] 0 mol% ≤ |MTeO2
- MLi2O
| + |MLi2O
- MZnO
| + |MZnO
- MTeO2
| ≤ 60 mol% 其中,在以上式1中, MTeO2
表示氧化碲(TeO2
)的mol%, MLi2O
表示氧化鋰(Li2
O)的mol%,且 MZnO
表示氧化鋅(ZnO)的mol%。
氧化碲(TeO2
)與氧化鋰(Li2
O)之間的絕對值、氧化鋰(Li2
O)與氧化鋅(ZnO)之間的絕對值及氧化鋅(ZnO)與氧化碲(TeO2
)之間的絕對值的和根據以上式1可介於0 mol%到60 mol%、例如0 mol%到50 mol%、具體來說0 mol%到40 mol%的範圍內。在此範圍內,包含玻璃料的太陽電池電極的電特性可得到很好的平衡,最終會提高轉換效率。
玻璃料可由氧化碲(TeO2
)對氧化鋰(Li2
O)的莫耳比介於1:1到2:1、例如1:1到1.5:1範圍內的金屬氧化物形成。在此範圍內,玻璃料可很好地分散在用於太陽電池的組成物中,從而能夠進行均勻蝕刻。
玻璃料可由氧化鋰(Li2
O)對氧化鋅(ZnO)的莫耳比介於1:1到3:1、例如1:1到2:1範圍內的金屬氧化物形成。在此範圍內,包含玻璃料的太陽電池電極可具有低串聯電阻Rs。
玻璃料可由氧化碲(TeO2
)對氧化鋅(ZnO)的莫耳比介於1:1到3.5:1、例如1:1到2.5:1範圍內的金屬氧化物形成。在此範圍內,包含玻璃料的太陽電池電極可具有優異的轉換效率。
玻璃料可不包含鉍(Bi)也不包含鉛(Pb)。在這種情況下,例如串聯電阻、開路電壓、電極的縱橫比、轉換效率及填充因數等電特性可得到很好地平衡,且可更易於控制玻璃料的密度。
玻璃料還可包含以下中的至少一者: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)。
在一些實作方式中,玻璃料還可包含硼(B)、鎢(W)及鎂(Mg)中的至少一者。
在用於太陽電池電極的組成物中,可存在0.1重量%到20重量%、例如0.5重量%到10重量%的量的玻璃料。在此範圍內,可確保在各種表面電阻條件下的p-n結穩定性,且可減小太陽電池的電阻,最終提高太陽電池的效率。在一些實作方式中,在用於太陽電池電極的組成物中,可存在0.1重量%、0.5重量%、1重量%、1.5重量%、2重量%、2.5重量%、3重量%、3.5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。
(3)有機載體
有機載體可通過與用於太陽電池電極的組成物的無機組分進行機械混合而對所述組成物賦予適合於印刷的黏度及流變特性。
有機載體可為用於太陽電池電極的組成物中所使用的合適的有機載體。有機載體可包含黏合劑樹脂、溶劑或類似組分。
黏合劑樹脂可選自丙烯酸酯樹脂或纖維素樹脂。舉例來說,可使用乙基纖維素作為黏合劑樹脂。在一些實作方式中,黏合劑樹脂可選自乙基羥乙基纖維素、硝基纖維素、乙基纖維素與酚樹脂的摻合物、醇酸樹脂、苯酚、丙烯酸酯、二甲苯、聚丁烯、聚酯、脲、三聚氰胺、乙酸乙烯酯樹脂、木松香、醇的聚甲基丙烯酸酯、或類似樹脂。
溶劑可選自例如己烷、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以其混合物形式使用。
在用於太陽電池電極的組成物中,可存在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成物提供足夠的黏合強度及優異的可印刷性。舉例來說,在用於太陽電池電極的組成物中,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。
(4)添加劑
用於太陽電池電極的組成物還可根據需要包含一般添加劑以增強流動性、製程性質或穩定性。添加劑可包括分散劑、觸變劑、塑化劑、黏度穩定劑、消泡劑、顏料、紫外線穩定劑、抗氧化劑、偶合劑或類似組分。添加劑可單獨使用或以其混合物形式使用。以用於太陽電池電極的組成物的總重量計,可存在0.1重量%到5重量%的量的添加劑。添加劑的含量可根據需要而改變。舉例來說,以用於太陽電池電極的組成物的總重量計,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%、1.5重量%、2重量%、2.5重量%、3重量%、3.5重量%、4重量%、4.5重量%或5重量%的量的添加劑。
太陽電池電極及包括所述太陽電池電極的太陽電池
各實施例有關一種由用於太陽電池電極的組成物形成的電極以及一種包括所述電極的太陽電池。圖1示出根據實施例的太陽電池。
參照圖1,根據實施例的太陽電池100可包括基板10、形成在基板10的前表面上的前電極23及形成在基板10的背表面上的後電極21。
在實施例中,基板10可包括上面形成有p-n結的基板。舉例來說,基板10可包括半導體基板11及射極12。舉例來說,基板10可包括通過用n型摻雜劑對p型半導體基板11的一個表面進行摻雜以形成n型射極12所製備的基板。在一些實作方式中,基板10可包括通過用p型摻雜劑對n型半導體基板11的一個表面進行摻雜以形成p型射極12所製備的基板。半導體基板11可為p型基板與n型基板中的一者。P型基板可為摻雜有p型摻雜劑的半導體基板,且n型基板可為摻雜有n型摻雜劑的半導體基板。
在對基板10、半導體基板11或類似基板的說明中,此種基板的光所入射的表面一般被稱為「前表面」(光接收表面),且基板的與前表面相對的表面被稱為「背表面」。
在實施例中,半導體基板11可由晶體矽半導體或化合物半導體形成。晶體矽可為單晶矽或多晶矽。作為晶體矽的實例,可使用矽晶片。
p型摻雜劑可為包含例如硼、鋁或鎵等III族元素的材料。n型摻雜劑可為包含例如磷、砷或銻等V族元素的材料。
可使用根據實施例的用於太陽電池電極的組成物來製備前電極23及/或後電極21。舉例來說,可使用包含銀粉作為導電粉的組成物來製備前電極23,且可使用包含鋁粉作為導電粉的組成物來製備後電極21。可通過將用於太陽電池電極的組成物印刷到射極12上、然後進行烘烤來形成前電極23。可通過將用於太陽電池電極的組成物施用到半導體基板11的背表面上、然後進行烘烤來形成後電極21。
接下來,將參照實例更詳細地闡述實施例。提供以下實例及比較例以便突出一個或多個實施例的特性,但應理解,實例及比較例不應被理解為限制實施例的範圍,比較例也不應被理解為處於實施例的範圍以外。此外,應理解,所述實施例並不限於在實例及比較例中所述的具體細節。
所屬領域中的技術人員可推斷出本文未闡述的內容。因此,將不再對其予以贅述。
實例1
作為有機黏合劑,在60℃下將1.5重量%的乙基纖維素(STD4,陶氏化學公司(Dow Chemical Company))充分溶解在6.4重量%的丁基卡必醇中,且向此黏合劑溶液中添加了平均粒度為2.0 µm的球形銀粉(AG-4-8,同和高級技術有限公司(Dowa Hightech Co., Ltd.))86.8重量%、根據表1所列組分製備的玻璃料2.0重量%、分散劑BYK102(畢克化學公司(BYK-chemie))3重量%及觸變劑奇科薩特牢(Thixatrol)ST(海名斯有限公司(Elementis Co., Ltd.))0.3重量%,然後在3輥捏合機中進行混合及捏合,從而製備用於太陽電池電極的組成物。
實例2到實例5以及比較例1到比較例6
除了分別使用表1中所述的玻璃料以外,以與實例1相同的方式製備了用於太陽電池電極的組成物。
性質的評估
(1)玻璃料的密度(g/ml)
使用球磨機對具有表1中所述組分的金屬氧化物進行混合,然後在1,000℃下熔融且淬火到25℃。使用盤磨機對所得生成物進行粉碎以製備玻璃料。利用振實密度測量(Tap density measurement)對所製備的玻璃料的密度進行了測量且結果示於表1及表2中。
(2)串聯電阻(Rs,mΩ)
通過以預定圖案進行網版印刷、然後在紅外線(infrared,IR)乾燥爐中進行乾燥,將在實例及比較例中製備的用於太陽電池電極的膏沉積到晶片的前表面上。使根據此程序形成的電池在600℃到900℃下在帶型烘烤爐中經受烘烤60秒到210秒,並接著使用傳輸線模型(Transfer Length Method,TLM)測定儀關於串聯電阻(Rs)進行了評估。測量結果示於表2中。
(3)填充因數(%)及效率(%)
通過以預定圖案進行網版印刷、然後在紅外線乾燥爐中進行乾燥,將在實例及比較例中製備的用於太陽電池電極的膏沉積到晶片的前表面上。接著,將鋁膏印刷在晶片的後面上並以與上述相同的方式進行了乾燥。使根據此程序形成的電池在400℃到900℃下在帶型烘烤爐中經受烘烤30秒到180秒,並使用太陽電池效率測定儀CT-801(帕桑有限公司(Pasan Co., Ltd.))關於填充因數(%)及轉換效率(conversion efficiency,Eff.,%)進行了評估。測量結果示於表2中。
如表2所示,可以看到,由實例1到實例5的組成物製備的太陽電池的每一電極具有低串聯電阻及高轉換效率。
相反地,由其中玻璃料的密度處於實施例的範圍之外的比較例1到比較例5的組成物製備的太陽電池的每一電極具有增大的串聯電阻及低轉換效率。另外,由其中玻璃料不包含鋅的比較例6的組成物製備的電極具有高串聯電阻及低填充因數以及低轉換效率。
本文中已公開了示例性實施例,且儘管使用具體用語,但這些具體用語被使用且將被解釋為僅具有一般及闡述性意義而非用於限制目的。在一些情形中,如在本發明提出申請之前對所屬領域中的普通技術人員來說將顯而易見的是,除非另外明確指明,否則結合具體實施例所闡述的特徵、特性及/或元件可單獨使用或與結合其他實施例所闡述的特徵、特性及/或元件組合使用。因此,所屬領域中的技術人員應理解,在不背離在以上申請專利範圍中所述的本發明的精神及範圍的條件下,可作出各種形式及細節上的變化。
10‧‧‧基板11‧‧‧半導體基板12‧‧‧射極21‧‧‧後電極23‧‧‧前電極100‧‧‧太陽電池
圖1示出根據實施例的太陽電池的示意圖。
10‧‧‧基板
11‧‧‧半導體基板
12‧‧‧射極
21‧‧‧後電極
23‧‧‧前電極
100‧‧‧太陽電池
Claims (7)
- 一種用於太陽電池電極的組成物,包含:60重量%到95重量%的導電粉;0.1重量%到20重量%的Te-Li-Zn-O系玻璃料;以及1重量%到30重量%的有機載體,其中所述玻璃料具有0.8g/ml到1.55g/ml的密度,並且所述玻璃料是由金屬氧化物形成,所述金屬氧化物包含:25mol%到45mol%的氧化碲(TeO2);25mol%到40mol%的氧化鋰(Li2O);以及15mol%到35mol%的氧化鋅(ZnO)。
- 如申請專利範圍第1項所述的用於太陽電池電極的組成物,其中所述玻璃料不包含鉍(Bi)也不包含鉛(Pb)。
- 如申請專利範圍第1項所述的用於太陽電池電極的組成物,其中所述玻璃料具有0.1μm到10μm的粒度。
- 如申請專利範圍第1項所述的用於太陽電池電極的組成物,其中所述玻璃料更包含以下中的至少一者: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)。
- 如申請專利範圍第1項所述的用於太陽電池電極的組成物,更包含分散劑、觸變劑、塑化劑、黏度穩定劑、消泡劑、顏料、紫外線穩定劑、抗氧化劑及偶合劑中的至少一者。
- 一種太陽電池電極,由如申請專利範圍第1項到第6項中的任一項所述的用於太陽電池電極的組成物製備。
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