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TWI731243B - 用於形成太陽能電池電極的組成物和使用其製備的電極 - Google Patents

用於形成太陽能電池電極的組成物和使用其製備的電極 Download PDF

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TWI731243B
TWI731243B TW107118778A TW107118778A TWI731243B TW I731243 B TWI731243 B TW I731243B TW 107118778 A TW107118778 A TW 107118778A TW 107118778 A TW107118778 A TW 107118778A TW I731243 B TWI731243 B TW I731243B
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朴相熙
金泰俊
李喆浩
鄭名成
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Abstract

本文揭露一種用於太陽能電池電極的組成物及一種太陽能電池電極。所述用於太陽能電池電極的組成物包含：導電粉；碲（Te）-銀（Ag）-硼（B）系玻璃料；以及有機載體，其中所述玻璃料的碲（Te）對硼（B）的莫耳比為70:1到5:1。

Description

用於形成太陽能電池電極的組成物和使用其製備的電極
本發明是有關於一種用於太陽能電池電極的組成物及一種使用其形成的電極。
太陽能電池利用將日光的光子轉換成電力的p-n接面(p-n junction)的光生伏打效應(photovoltaic effect)來產生電力。在太陽能電池中，分別在具有p-n接面的半導體晶片或基板的上表面及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p-n接面處的光生伏打效應，且通過p-n接面處的光生伏打效應而產生的電子經由電極向外部提供電流。通過對用於太陽能電池電極的組成物進行施加、圖案化及烘烤而在晶片上形成太陽能電池的電極。
作為用於太陽能電池電極的組成物，使用包含導電粉、玻璃料及有機載體的導電膏組成物。玻璃料用於熔融半導體晶片上的抗反射膜，從而形成導電粉與晶片之間的電接觸。
具體來說，玻璃料不僅對太陽能電池的電特性(例如電極的開路電壓(Voc)及串聯電阻(Rs))產生影響且也會對決定太陽能電池的轉換效率及填充因數的電極的縱橫比產生影響。
因此，需要一種可改善太陽能電池的電特性的用於太陽能電池電極的組成物。
本發明的背景技術揭露於日本未經審查專利公開案第2012-084585號中。
本發明的一個目的是提供一種可確保電極與晶片的表面之間的高接觸效率，從而使電極的接觸電阻及串聯電阻最小化的用於太陽能電池電極的組成物、以及一種使用所述組成物製作的電極。
本發明的另一目的是提供一種可確保太陽能電池的高填充因數及高轉換效率的用於太陽能電池電極的組成物、以及一種使用所述組成物製作的電極。
本發明的這些目的及其他目的可通過以下闡述的本發明來實現。
本發明的一個態樣是關於一種用於太陽能電池電極的組成物。
所述用於太陽能電池電極的組成物包含：導電粉；碲(Te)-銀(Ag)-硼(B)系玻璃料；以及有機載體，其中所述玻璃料的 碲(Te)對硼(B)的莫耳比為70：1到5：1。
所述玻璃料可包含50mol%到80mol%的氧化碲(TeO2)、0.5mol%到20mol%的氧化硼(B2O3)及1mol%到30mol%的硝酸銀(AgNO3)。
所述玻璃料的硝酸銀(AgNO3)對氧化硼(B2O3)的莫耳比可為1：3到3：1。
所述玻璃料的硝酸銀(AgNO3)對氧化碲(TeO2)的莫耳比可為1：80到1：9。
所述玻璃料可不含鉍(Bi)或鉛(Pb)。
所述玻璃料可具有0.1μm到10μm的粒徑。
所述玻璃料還可包括以下元素的氧化物中的至少一種：鈉(Na)、鋰(Li)、鋅(Zn)、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)及鋁(Al)。
所述組成物可包含：60wt%到95wt%的所述導電粉；0.1wt%到20wt%的所述玻璃料；以及1wt%到30wt%的所述有機載體。
所述組成物還可包含：分散劑、觸變劑、塑化劑、黏度穩定劑、消泡劑、顏料、紫外線(UV)穩定劑、抗氧化劑及偶合劑中的至少一種添加劑。
本發明的另一個態樣是關於一種太陽能電池電極。
所述太陽能電池電極可使用上述用於太陽能電池電極的組成物來製作。
本發明提供一種可在確保太陽能電池的高填充因數及高轉換效率的同時使電極的接觸電阻及串聯電阻最小化的用於太陽能電池電極的組成物、以及一種使用所述組成物製作的電極。
10: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
圖1為根據本發明一實施例的太陽能電池的示意圖。
以下，將詳細地闡述本發明的實施例。
會不必要地模糊本發明主題的已知功能及構造的詳細說明將被省略。
除非上下文清晰地另外指出，否則本文所使用的單數形式“一(a、an)”及“所述(the)”旨在也包括複數形式。此外，當在本說明書中使用用語“包括及/或包含(comprises、comprising、includes及/或including)”時，是指出存在所述特徵、整數、步驟、操作、元件、組分、及/或其群組，但並不排除一個或多個其他特徵、整數、步驟、操作、元件、組分、及/或其群組的存在或添加。
另外，除非另外陳述，否則在分析組分時會考慮到誤差裕度。
本文所使用的用語“金屬氧化物”可指一種金屬氧化物或多種金屬氧化物。
此外，本文用來表示某些值的範圍的“X到Y”意謂著“大於或等於X且小於或等於Y”。
用於太陽能電池電極的組成物
根據本發明的一種用於太陽能電池電極的組成物包含導電粉、碲(Te)-銀(Ag)-硼(B)系玻璃料以及有機載體，其中所述玻璃料的碲(Te)對硼(B)的莫耳比為70：1到5：1。
現在，將更詳細地闡述根據本發明的用於太陽能電池電極的組成物的每一組分。
導電粉
導電粉用於對用於太陽能電池電極的組成物賦予導電性。根據本發明的用於太陽能電池電極的組成物可包含例如銀(Ag)或鋁(Al)等金屬粉作為所述導電粉。舉例來說，導電粉可為銀粉。導電粉可具有奈米級細微性或微米級細微性。舉例來說，導電粉可為平均粒徑為數十奈米到數百奈米或平均粒徑為數微米到數十微米的銀粉。作為另外一種選擇，導電粉可為具有不同細微性的兩種或更多種類型的銀粉的混合物。
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，對此並無限制。
導電粉可具有0.1μm到10μm、具體來說0.5μm到5μm的平均粒徑(D50)。在此範圍內，所述組成物可減小太陽能電池的接觸電阻及線電阻。此處，可在通過超音波處理(ultrasonication)在25℃下將導電粉分散在異丙醇(isopropyl alcohol，IPA)中3分鐘後，利用1064D型粒徑分析儀(茨拉斯有限公司(CILAS Co.,Ltd.))測量平均粒徑。
在用於太陽能電池電極的組成物中，可存在60wt%到95wt%、具體來說70wt%到90wt%的量的導電粉。在此範圍內，所述組成物可提高太陽能電池的轉換效率且可易於製備成膏形式。
碲(Te)-銀(Ag)-硼(B)系玻璃料
玻璃料用於通過在用於太陽能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中形成銀晶粒。此外，玻璃料會改善導電粉與晶片的黏合力，且在烘烤製程期間被軟化以降低烘烤溫度。
作為根據本發明的玻璃料，使用碲(Te)-銀(Ag)-硼(B)系玻璃料，其中碲(Te)對硼(B)的莫耳比介於70：1到5：1範圍內。玻璃料可提高電極與晶片的表面之間的接觸效率，從而在提高太陽能電池的填充因數及轉換效率的同時使電極的接觸電阻及串聯電阻最小化。具體來說，玻璃料的碲(Te)對硼(B)的莫耳比可為35：1到8：1、更具體來說為20：1到10：1。
碲(Te)-銀(Ag)-硼(B)系玻璃料可包括氧化碲(TeO2)、硝酸銀(AgNO3)及氧化硼(B2O3)。此處，除硝酸銀(AgNO3) 以外，銀也可源自氧化銀、氰化銀、鹵化銀、碳酸銀或乙酸銀。舉例來說，可通過以下方式來製備玻璃料：使用球磨機或行星式磨機將上述原料混合，在900℃到1,300℃下熔融此混合物，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。玻璃料可具有0.1μm到10μm的平均粒徑(D50)。
在一個實施例中，玻璃料可包含50mol%到80mol%的氧化碲(TeO2)、0.5mol%到20mol%的氧化硼(B2O3)及1mol%到30mol%的硝酸銀(AgNO3)。
在一個實施例中，玻璃料可包含0.5mol%到20mol%、具體來說0.5mol%到7mol%、更具體來說0.5mol%到5mol%的氧化硼(B2O3)。玻璃料可包含1mol%到30mol%、具體來說1mol%到10mol%、更具體來說2mol%到7mol%的硝酸銀(AgNO3)。玻璃料可包含50mol%到80mol%、具體來說60mol%到75mol%的氧化碲(TeO2)。在這些範圍內，玻璃料可在提高太陽能電池的填充因數的同時使電極的接觸電阻及串聯電阻最小化。
玻璃料的硝酸銀(AgNO3)對氧化硼(B2O3)的莫耳比可為3：1到1：3。在此範圍內，玻璃料可提高太陽能電池的填充因數。
玻璃料的硝酸銀(AgNO3)對氧化碲(TeO2)的莫耳比可為1：80到1：9。在此範圍內，玻璃料可提高太陽能電池的填充因數。
玻璃料可不含鉍(Bi)或鉛(Pb)。不含鉍(Bi)或鉛(Pb) 的玻璃料可使電極的接觸電阻及串聯電阻最小化，而不使其他性質劣化。
所述玻璃料還可包括以下元素的氧化物中的至少一種：鈉(Na)、鋰(Li)、鋅(Zn)、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)及鋁(Al)。
在用於太陽能電池電極的組成物中，可存在0.1wt%到20wt%、具體來說為0.5wt%到10wt%的量的玻璃料。在此範圍內，玻璃料可確保在各種片電阻下p-n接面的穩定性，使電阻最小化，且最終提高太陽能電池的效率。
有機載體
有機載體通過與用於太陽能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能電池電極的組成物中所用的任何典型有機載體，且一般包含黏合劑樹脂、溶劑等。
黏合劑樹脂可為丙烯酸酯樹脂或纖維素樹脂中的一種或多種。一般使用乙基纖維素作為所述黏合劑樹脂。另外，黏合劑樹脂可為以下中的一種或多種：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、酚樹脂、丙烯酸酯樹 脂、二甲苯樹脂、聚丁烯樹脂(polybutene resin)、聚酯樹脂、脲樹脂、三聚氰胺樹脂、乙酸乙烯酯樹脂、木松香、醇的聚甲基丙烯酸酯等。
溶劑可為以下中的一種或多種：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。
在用於太陽能電池電極的組成物中，可存在1wt%到30wt%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良好的可印刷性。
添加劑
根據本發明的用於太陽能電池電極的組成物可視需要還包含任何典型添加劑以增強流動性、可處理性及穩定性。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、偶合劑等。這些添加劑可單獨使用或作為其混合物形式使用。以用於太陽能電池電極的組成物的總重量計，可存在0.1wt%到5wt%的量的添加劑，但所述添加劑的含量可視需要進行改變。
太陽能電池電極及包括所述太陽能電池電極的太陽能電池
本發明的其他態樣是關於一種由用於太陽能電池電極的組成物形成的電極以及包括所述電極的太陽能電池。圖1示出根據本發明一個實施例的太陽能電池。
參照圖1，根據本實施例的太陽能電池100包括基板10、形成於基板10的前表面上的前電極23、及形成於基板10的背表面上的後電極21。
在一個實施例中，基板10可為於其上形成有p-n接面的基板。具體來說，基板10可包括半導體基板11及射極12。更具體來說，基板10可為通過利用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而製備的基板。作為另外一種選擇，基板10可為通過利用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而製備的基板。此處，半導體基板11可為p型基板或n型基板。P型基板可為摻雜有p型摻雜劑的半導體基板11，且n型基板可為摻雜有n型摻雜劑的半導體基板11。
在對基板10、半導體基板11等的說明中，將此種基板的光進入所述基板所透過的表面稱為前表面(光接收表面)。另外，將基板的與前表面相對的表面稱為背表面。
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，結晶矽可為單晶體或多晶體。作為結晶矽，例如可使用矽晶片。
此處，p型摻雜劑可為包含例如硼、鋁或鎵等III族元素 的材料。另外，n型摻雜劑可為包含例如磷、砷或銻等V族元素的材料。
前電極23及/或後電極21可使用根據本發明的用於太陽能電池電極的組成物來製作。具體來說，前電極23可使用包含銀粉作為導電粉的組成物來製作，且後電極21可使用包含鋁粉作為導電粉的組成物來製作。前電極23可通過將用於太陽能電池電極的組成物印刷到射極12上、然後進行烘烤來形成，且後電極21可通過將用於太陽能電池電極的組成物施加到半導體基板11的背表面、然後進行烘烤來形成。
接下來，將參考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，而不應理解為以任何方式限制本發明。
此外，為清晰起見，對所屬領域中的技術人員顯而易見的細節不再予以贅述。
實例1
作為有機黏合劑，在60℃下將3.0wt%的乙基纖維素(STD4，陶氏化學公司(Dow Chemical Company))充分溶解在6.5wt%的丁基卡必醇中，且接著向黏合劑溶液中添加了87.5wt%的平均粒徑為2.0μm的球形銀粉(AG-4-8，同和高級技術有限公司(Dowa Hightech Co.,Ltd.))、2.5wt%的平均粒徑為2.0μm且具有表1所示組成的玻璃料、0.2wt%的分散劑(BYK 102，畢克化學公司(BYK-chemie))及0.3wt%的觸變劑(奇科薩特牢 (Thixatrol)ST，海名斯有限公司(Elementis Co.,Ltd.))，然後在3輥捏合機中進行混合及捏合，從而製備用於太陽能電池電極的組成物。
實例2到實例7以及比較例1到比較例3
除了將玻璃料的組成改變為如表1所列以外，以與實例1相同的方式製備了用於太陽能電池電極的組成物。
Figure 107118778-A0305-02-0014-1
性質評價
(1)接觸電阻(Rc，mΩ)、串聯電阻(Rs，mΩ)及開路電壓(Voc，mV)：通過以預定圖案進行網版印刷、然後在紅外(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能電池電極的組成物中的每一者沉積在晶片的前表面上。使根據此程式而形成的電池在帶型烘烤爐中在600℃到900℃下經受烘烤60秒到210秒，且接著利用傳遞長度方法(transfer length method，TLM)測試儀關於接觸電阻(Rc)、串聯電阻(Rs)及開路電壓(Voc)進行了評價。結果示出於表2中。
(2)填充因數(%)及效率(%)：通過以預定圖案進行 網版印刷、然後在紅外乾燥爐中進行乾燥，將在實例及比較例中製備的用於太陽能電池電極的組成物中的每一者沉積在晶片的前表面上。接著，將鋁膏印刷在晶片的背表面上並以與上述相同的方式進行了乾燥。使根據此程式而形成的電池在帶型烘烤爐中在400℃到900℃下經受烘烤30秒到180秒，且接著利用太陽能電池效率測試儀CT-801(帕桑有限公司(Pasan Co.,Ltd.))關於填充因數(FF，%)及轉換效率(Eff.，%)進行了評價。結果示出於表2中。
Figure 107118778-A0305-02-0015-2
如表2所示，可以看出，使用其中碲對硼的莫耳比落在本文所述範圍內的用於太陽能電池電極的組成物製作的太陽能電池電極可表現出與晶片的表面具有高接觸效率，從而在提高太陽能電池的填充因數及轉換效率的同時使接觸電阻及串聯電阻最小化。
相反地，可以看出，其中碲對硼的莫耳比處於本文所述範圍之外的比較例1及比較例2的太陽能電池電極具有高串聯電阻及接觸電阻，且不含銀的比較例3的太陽能電池電極表現出高 電阻及低填充因數。
儘管本文中已闡述了一些實施例，然而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作出各種修改、變型及改變。因此，應理解，提供前述實施例僅用於說明目的，而不應視為以任何方式限制本發明。
10‧‧‧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

Claims (9)

  1. 一種用於太陽能電池電極的組成物，包括：導電粉；玻璃料，包含50mol%到80mol%的氧化碲、0.5mol%到5mol%的氧化硼及1mol%到30mol%的硝酸銀；以及有機載體，其中所述玻璃料的碲對硼的莫耳比為70：1到10：1。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的用於太陽能電池電極的組成物，其中所述玻璃料的硝酸銀對氧化硼的莫耳比為1：3到3：1。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的用於太陽能電池電極的組成物，其中所述玻璃料的硝酸銀對氧化碲的莫耳比為1：80到1：9。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的用於太陽能電池電極的組成物，其中所述玻璃料不含鉍或鉛。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的用於太陽能電池電極的組成物，其中所述玻璃料具有0.1μm到10μm的粒徑。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的用於太陽能電池電極的組成物，其中所述玻璃料還包括以下元素的氧化物中的至少一種：鈉、鋰、鋅、磷、鍺、鎵、鈰、鐵、矽、鎢、鎂、鉬、銫、鍶、鈦、錫、銦、釩、鋇、鎳、銅、鉀、砷、鈷、鋯、錳及鋁。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的用於太陽能電池電極的組成物，包括：60wt%到95wt%的所述導電粉；0.1wt%到20wt%的所述玻璃料；以及1wt%到30wt%的所述有機載體。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的用於太陽能電池電極的組成物，還包含：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種添加劑。
  9. 一種太陽能電池電極，其中使用如申請專利範圍第1項到第8項中任一項所述的用於太陽能電池電極的組成物來製作。
TW107118778A 2017-12-05 2018-05-31 用於形成太陽能電池電極的組成物和使用其製備的電極 TWI731243B (zh)

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