玻璃料、包含其的用于太陽能電池電極的組合物和使用其制作的電極的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及玻璃料、包含其的用于太陽能電池電極的組合物和使用其制作的太陽能電池電極。玻璃料包含選自由以下各項所組成的組的至少三種金屬氧化物：氧化鉛、氧化硅、氧化碲、氧化鉍、氧化鋅和氧化鎢，其中，在通過將玻璃料和銀（Ag）粉的混合物以20℃/分鐘的加熱速率加熱到850℃并保持在此10分鐘的等待時間后，在以10℃/分鐘的冷卻速率冷卻混合物的同時的TG-DTA分析獲得的冷卻曲線上玻璃料在300℃至600℃的范圍內(nèi)顯示相變峰。在此，通過以1:1的重量比混合玻璃料與銀粉得到混合物。即使表面電阻改變組合物也可以提供穩(wěn)定的效率并使對p-n結(jié)的不利影響最小化同時使串連電阻最小化。
【專利說明】玻璃料、包含其的用于太陽能電池電極的組合物和使用其制作的電極
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及玻璃料、包含其的用于太陽能電池電極的組合物和使用其制作的電極。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽能電池利用p-n結(jié)的光伏效應(yīng)產(chǎn)生電流，其將太陽光的光子轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏鳌Ｔ谔柲茈姵刂?，分別在具有P-n結(jié)的半導(dǎo)體晶片或基板的上表面和下表面上形成前電極和后電極。然后，由進入半導(dǎo)體芯片的太陽光引起P-n結(jié)處的光伏效應(yīng)，并由P-n結(jié)處光伏效應(yīng)產(chǎn)生的電子通過電極向外部提供電流。通過施用、圖案化和焙燒電極組合物在晶片上形成太陽能電池的電極。
[0003]連續(xù)降低發(fā)射極厚度以改善太陽能電池效率可以造成分流，其可以劣化太陽能電池的性能。此外，已經(jīng)逐漸增加太陽能電池的面積以實現(xiàn)較高的效率。然而，在這種情況下，由于太陽能電池接觸電阻的增加可能存在效率劣化的問題。
[0004]此外，由于隨著越來越多地使用具有不同表面電阻(sheet resistances)的各種晶片，焙燒溫度在寬范圍內(nèi)變化，期望玻璃料表現(xiàn)出充分的熱穩(wěn)定性以經(jīng)受住寬范圍的焙燒溫度。
[0005]因此，存在對用于太陽能電池電極的組合物的需要，其即使表面電阻改變也可以使對P-n結(jié)的不利影響最小化以確保p-n結(jié)的穩(wěn)定性，由此改善太陽能電池的效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的一個方面涉及玻璃料。玻璃料包含選自由以下各項所組成的組中的至少三種金屬氧化物:氧化鉛、氧化娃、氧化締、氧化秘、氧化鋅和氧化鶴，其中，在TG-DTA分析中的冷卻曲線上，玻璃料在300°C至600°C的范圍內(nèi)顯示出相變峰，同時將混合物以20°C /分鐘的加熱速率加熱到850°C并保持在該溫度下持續(xù)10分鐘的等待時間(wait-time)后，將玻璃料和銀(Ag)粉末的混合物以10°C /分鐘的冷卻速率冷卻，通過將玻璃料和銀粉以1:1的重量比混合得到混合物。
[0007]本發(fā)明的另一方面涉及用于太陽能電池電極的組合物，其包含按重量計60%至90wt%的導(dǎo)電性粉末；lwt%至10wt%的玻璃料；和5wt%至30wt%的有機載體。
[0008]本發(fā)明的又一方面涉及使用用于太陽能電池電極的組合物形成的電極。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1顯示了 冷卻曲線，其是通過TG-DTA分析在實施例4和比較例I中制備的玻璃料得到的DTA曲線。
[0010]圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的太陽能電池的示意圖?！揪唧w實施方式】
[0011]現(xiàn)在，將更詳細的描述根據(jù)本發(fā)明的實施方式的用于太陽能電池電極的組合物的每個組分。
[0012]玻璃料
[0013]玻璃料用于增強導(dǎo)電性粉末和晶片或基板間的粘附力并用于通過蝕刻(etching)抗反射層并熔融銀粉在發(fā)射極區(qū)域內(nèi)形成銀晶粒以便減少用于電極的組合物的焙燒過程中的接觸電阻。此外，在焙燒過程中，玻璃料軟化并降低焙燒溫度。
[0014]當(dāng)增加太陽能電池的面積以改善太陽能電池的效率時，可能存在太陽能電池接觸電阻增加的問題。因此，必須使串連電阻和對p-n結(jié)的影響最小化。此外，由于隨著越來越多地使用具有不同表面電阻的各種晶片，焙燒溫度在寬范圍內(nèi)變化，期望玻璃料確保充分的熱穩(wěn)定性以經(jīng)受住寬范圍的焙燒溫度。
[0015]玻璃料可以包含選自由以下各項所組成的組中的至少一種金屬氧化物:氧化鉛、氧化硅、氧化碲、氧化鉍、氧化鋅、氧化鎢、和它們的組合。
[0016]在一個實施方式中，玻璃料可以包含選自由以下各項所組成的組的至少一種:氧化鉛-氧化硅-氧化碲-氧化鋅(Pb0-Si02-Te02-Zn0)、氧化硅-氧化碲-氧化鉍-氧化鋅-氧化鎢(SiO2-TeO2-Bi2O3-ZnO-WO3X氧化鉛-氧化硅-氧化碲_氧化鉍_氧化鋅_氧化鶴(PbO-SiO2-TeO2-Bi203-Zn0-W03)、氧化鉛 _ 氧化締 _ 氧化秘(PbO-TeO2-Bi203)、和氧化硅-氧化碲-氧化鉍-氧化鋅-氧化鎢(SiO2-TeO2-Bi2O3-ZnO-WO3)玻璃料。
[0017]玻璃料可以包含 2(^七％至6(^七％的氧化碲。玻璃料可以以氧化碲與氧化鉛的1:0.1至1:3的重量比、以及氧化碲與氧化鉍的1:0.1至1:3的重量比進一步包含氧化碲(TeO2)、氧化鉛(PbO)和氧化鉍(Bi2O3X在此范圍內(nèi)，可能確保給出不同表面電阻的p-n結(jié)的穩(wěn)定性并使串連電阻最小化。
[0018]可以通過本領(lǐng)域已知的任何典型方法由這類金屬氧化物制備玻璃料。例如，可以以預(yù)定的比例混合金屬氧化物?？梢允褂们蚰C或行星式磨機進行混合。在900°C至1300°C下熔化混合物，隨后淬火至25°C。將得到的生成物在盤式磨機、行星式磨機等下經(jīng)受粉碎，由此制備玻璃料。
[0019]玻璃料可以具有0.ΙμL?至5μπκ優(yōu)選0.5μπ?至3μπ?的平均顆粒直徑(D50)。在此范圍內(nèi)，玻璃料既不阻礙通過紫外線照射的深度固化也不造成針孔狀損壞，其可以發(fā)生在電極制作中的顯影過程中。
[0020]可以使用如Modell064D (CILAS C0.,Ltd.)在室溫下通過超聲粉碎將玻璃料分散在異丙醇(IPA)中3分鐘后測量玻璃料的平均粒徑。
[0021]在TG-DTA分析中，玻璃料和銀以1:1的重量比的混合物在從300°C至600°C、優(yōu)選在350°C至550°C的范圍內(nèi)表現(xiàn)出相變峰，在DTA曲線中在相變峰處形成Ag-微晶。具體地，玻璃料與銀粉以1:1的重量比混合。將得到的混合物以20°C /分鐘的加熱速率下加熱到850°C，隨后是十分鐘的等待時間。在以10°C /分鐘的冷卻速率冷卻混合物的同時，通過TG-DTA分析測量相變峰溫度，在該溫度下形成Ag微晶。圖1示出冷卻曲線，其是通過TG-DTA分析在實施例4和比較例I中制備的玻璃料得到的DTA曲線。參照圖1，在TG-DTA分析中的冷卻曲線上，根據(jù)本發(fā)明的玻璃料在從約300°C至約600°C的范圍內(nèi)具有相變峰，在此形成Ag微晶。[0022]用于太陽能電池電極的組合物
[0023]根據(jù)本發(fā)明的用于太陽能電池電極的組合物包含導(dǎo)電性粉末(A);玻璃料(B);有機載體(C);和添加劑(D)。
[0024](A)導(dǎo)電性粉末
[0025]導(dǎo)電性粉末的實例可以包括銀(Ag)、金(Au)、鈀(Pd)、鉬(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)、鑰(Mo)和鎳(Ni)粉末，但不限于此。可以單獨或作為它們的兩種或多種的混合物或合金使用這些導(dǎo)電性粉末。優(yōu)選地，導(dǎo)電性粉末包含銀粉。在一些實施方式中，除了銀粉，導(dǎo)電性粉末可以進一步包含鎳(Ni)、鈷(Co)、鐵(Fe)、鋅(Zn)或銅(Cu)粉。
[0026]導(dǎo)電性粉末可以具有球形、薄片或無定形顆粒的形狀。
[0027]導(dǎo)電性粉末可以是具有不同顆粒形狀的導(dǎo)電性粉末的混合物。
[0028]導(dǎo)電性粉末可以具有0.Ιμπι至5μπι的平均顆粒直徑(D50)。在25°C下通過超聲破碎將導(dǎo)電性粉末分散到異丙醇(IPA)中3分鐘后，可以使用如Modell064D粒度分析儀(CILAS C0.,Ltd.)測量平均粒徑。在平均粒徑的此范圍內(nèi)，漿料組合物可以提供低的接觸電阻和線路電阻。優(yōu)選地，導(dǎo)電性粉末具有0.5 μ m至2 μ m的平均顆粒直徑(D50)。
[0029]導(dǎo)電粉末可以是具有不同平均顆粒直徑(D50)的導(dǎo)電性顆粒的混合物。
[0030]導(dǎo)電性粉末可以以60wt%至90wt%的量存在于用于太陽能電池電極的組合物中。在此范圍內(nèi)，由于電阻的增 加導(dǎo)電性粉末可以阻止太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率方面的劣化和防止由于有機載體量的相對減少導(dǎo)致的在形成漿料方面的困難。優(yōu)選地，導(dǎo)電性粉末以70wt%至88wt%的量存在。
[0031](B)玻璃料
[0032]如上所述，在TG-DTA分析中的冷卻曲線上，玻璃料和銀粉以1:1的重量比的混合物在300°C至600°C范圍內(nèi)表現(xiàn)出相變峰。玻璃料可以以^^%至10wt%的量存在于用于太陽能電池電極的組合物中。在此范圍內(nèi)，可能改善導(dǎo)電粉末的焙燒性能和粘附力同時由于電阻的增加防止轉(zhuǎn)換效率的降低。此外，可能防止焙燒后剩余過多玻璃料，其可以造成電阻的增加和可潤濕性劣化。優(yōu)選地，玻璃料以1?丨％至7被％的量存在。
[0033](C)有機載體
[0034]有機載體可以包括有機粘合劑，其為用于太陽能電池電極的組合物提供流動性。
[0035]有機粘合劑的實例包括纖維素聚合物，如乙基纖維素、羥基乙基纖維素、羥基丙基纖維素、羥基乙基羥基丙基纖維素等；通過如羧基與親水性丙烯酸類單體的共聚獲得的丙烯酸類共聚物；和聚乙烯樹脂類，但不限于此?？梢詥为毣蛞运鼈兊慕M合使用這些粘合劑。
[0036]有機載體可以進一步包含溶劑。在這種情況下，有機載體可以是通過將有機粘合劑溶解在溶劑中制備的溶液。有機載體可以包含5wt%至40wt%的有機粘合劑和60wt%至95wt%的溶劑。優(yōu)選地，有機載體可以包含6wt%至30wt%的有機粘合劑和70wt%至94wt%的溶劑。
[0037]溶劑可以是具有120°C以上沸點的有機溶劑。溶劑可以選自由以下各項所組成的組:卡必醇類溶劑、脂族醇類、酯類溶劑、溶纖劑類溶劑、和烴類溶劑，其通常用于電極的生產(chǎn)中。適合于在漿料組合物中使用的溶劑的實例包括丁基卡必醇、乙酸丁基卡必醇酯、甲基溶纖劑、乙基溶纖劑、丁基溶纖劑、脂族醇類、萜品醇、乙二醇、乙二醇單丁醚、乙酸丁基溶纖劑酯、Texanol酯醇和它們的混合物。
[0038]有機載體可以以5wt%至30wt%的量存在于組合物中。在此范圍內(nèi)，在制備組合物后可以防止效率低的分散或粘性的過度增加，其可以導(dǎo)致印刷困難，并且可以防止電阻增加和在焙燒過程中可以發(fā)生的其他問題。優(yōu)選地，有機載體以10被％至25被％的量存在。
[0039](D)添加劑
[0040]根據(jù)需要，組合物可以進一步包含典型的添加劑以增強流動性能、加工性能和穩(wěn)定性。添加劑可以包括分散劑、觸變劑、增塑劑、粘度穩(wěn)定劑、消泡劑、顏料、UV穩(wěn)定劑、抗氧化劑、偶聯(lián)劑等，但不限于此?？梢詥为毣蛞运鼈兊幕旌衔锸褂眠@些添加劑。這些添加劑可以以0.lwt%至5wt%的量存在于組合物中，但不限于此。
[0041]太陽能電池電極和包含其的太陽能電池
[0042]本發(fā)明的其他方面涉及由用于太陽能電池電極的組合物形成的電極和包括其的太陽能電池。圖2示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的太陽能電池。
[0043]參照圖2，可以通過在包括P-層101和η-層102的晶片或基板100上印刷和焙燒組合物形成后電極210和前電極230，其將用作發(fā)射極。例如，通過在晶片100的后表面上印刷組合物并在200°C至400°C下干燥印刷的組合物10秒至60秒完成用于制備后電極210的前期處理。此外，可以通過在晶片的前表面上印刷漿料并干燥印刷的組合物完成用于制備前電極的前期處理。然后，可以通過在400°C至950°C下、優(yōu)選在850°C至950°C下焙燒晶片30秒至50秒形成前電極230和后電極210。
[0044]下面，將參照實施例更詳細地描述本發(fā)明。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是僅為了示例提供這些實施例而不應(yīng)當(dāng)以任何方式解釋為限制本發(fā)明。
[0045]省略了對本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的內(nèi)容的描述。
[0046]實施例
[0047]制備玻璃料
[0048]以在表1列出的組合物混合金屬氧化物(單位:wt%)。在1200°C下熔融混合物，隨后淬火至25°C。將得到的生成物在盤式磨粉機下經(jīng)受粉碎，由此制備具有2 μ m平均顆粒直徑的玻璃料(GFl至GF7)。
[0049]玻璃料的TG-DTA分析
[0050]以1:1的重量比將制備的玻璃料與銀(Ag)粉(Dowa5_llF)混合。使用氧化鋁盤P/N SSC515D011和EXSTAR6200 (EXSTAR C0.,Ltd.)將得到的混合物以20°C /分鐘的加熱速率加熱至850°C，隨后是十分鐘的等待時間。在以10°C /分鐘的冷卻速率冷卻混合物的同時，通過TG-DTA分析測量相變峰溫度，在該溫度下形成Ag-微晶。表1示出了測量結(jié)果。
[0051]表1
[0052]
【權(quán)利要求】
1.一種玻璃料，包含:至少三種選自由以下各項所組成的組的金屬氧化物:氧化鉛、氧化硅、氧化碲、氧化鉍、氧化鋅和氧化鎢，其中，在將所述玻璃料和銀(Ag)粉的混合物以200C /分鐘的加熱速率加熱至850°C并保持在此10分鐘的等待時間后，在以10°C /分鐘的冷卻速率冷卻所述混合物的同時通過TG-DTA分析獲得的冷卻曲線上所述玻璃料在300°C至600°C的范圍內(nèi)顯示相變峰，所述混合物為通過以1:1的重量比混合所述玻璃料與銀粉得到。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的玻璃料，包括:選自以下各項中的至少一種:氧化鉛-氧化硅-氧化碲-氧化鋅(Pb0-Si02-Te02-Zn0)、氧化硅-氧化碲-氧化鉍-氧化鋅-氧化鶴(SiO2-TeO2-Bi203_Zn0-ff03)>氧化鉛_氧化娃_氧化締_氧化秘_氧化鋒_氧化鶴(PbO-SiO2-TeO2-Bi203-Zn0-W03)、氧化鉛 _ 氧化締 _ 氧化秘(PbO-TeO2-Bi2O3)和氧化娃 _ 氧化締_氧化秘_氧化鋒_氧化鶴(SiO2-TeO2-Bi2O3-ZnO-WO3)玻璃料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的玻璃料，包含:20%wt至60%wt的氧化締。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的玻璃料，包含:氧化碲(Te02)、氧化鉛(PbO)和氧化鉍(Bi2O3),其中，氧化碲與氧化鉛的重量比是1:0.1至1:3，并且氧化碲與氧化鉍的重量比是1:0.1 至 1:3。
5.一種用于太陽能電池電極的組合物，包含:(A) 60被％至90wt%的導(dǎo)電性粉末；(B)lwt%至10w t%的根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的玻璃料；和(C)5wt%至30wt%的有機載體。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的組合物，其中，所述導(dǎo)電性粉末包含選自由以下各項所組成的組中的至少一種:銀(Ag)、金(Au)、鈀(Pd)、鉬(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)、鑰(Mo)和鎳(Ni)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的組合物，其中，所述玻璃料(B)具有0.1ym至5μπι的平均顆粒直徑(D50)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的組合物，進一步包含:(D)選自由以下各項所組成的組的至少一種類型的添加劑:分散劑、觸變劑、增塑劑、粘度穩(wěn)定劑、消泡劑、顏料、UV穩(wěn)定劑、抗氧化劑和偶聯(lián)劑。
9.一種太陽能電池電極，由根據(jù)權(quán)利要求5至8中任一項所述的用于太陽能電池電極的組合物制備。
【文檔編號】C03C12/00GK103880291SQ201310684109
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2013年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月21日
【發(fā)明者】崔永郁, 金銀京, 金周熙, 樸永起, 宋大燮, 金載昊, 梁相賢 申請人:第一毛織株式會社