專利名稱：用于太陽能電池電極的糊料及利用其的太陽能電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于太陽能電池電極的糊料，該糊料包含導(dǎo)電顆粒、玻璃料、有機載體和氧 化鉛，并涉及利用其的電極和太陽能電池。
背景技術(shù)：
由于諸如石油和煤炭之類的化石燃料預(yù)期將會耗盡，利用太陽光作為替代能源的 太陽能電池引起了人們的關(guān)注。形成太陽能電池以利用p-n結(jié)的光伏效應(yīng)使太陽光的光子 轉(zhuǎn)化為電從而產(chǎn)生電能。在太陽能電池中，前電極和后電極被分別設(shè)置在具有p-n結(jié)的半 導(dǎo)體晶片或襯底的前表面和后表面上。這樣，太陽光進入晶片誘發(fā)P-n結(jié)的光伏效應(yīng)并且 由P-n結(jié)的光伏效應(yīng)產(chǎn)生的電子形成通過電極流出的電流。太陽能電池的電極通過涂覆、圖案化、燒制電極糊料而形成在晶片上。用于太陽能 電池電極的糊料，尤其是對于面向太陽光入射方向的前電極，包含導(dǎo)電顆粒(例如銀(Ag) 顆粒)、玻璃料粉末、和作為液體載體的運載體(vehicle)。近年來，基于環(huán)境安全考慮，研究了采用無鉛玻璃料粉，如Bi-基玻璃料的方案。 然而，含有無鉛玻璃料粉的電極用糊料在電極與半導(dǎo)體襯底間的接觸電阻相對較弱?？紤]到這個問題，本發(fā)明的發(fā)明人開發(fā)了一種使光電效率和接觸電阻提高的太陽 能電池電極用糊料、和使用其的電極和太陽能電池。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種用于太陽能電池電極的糊料。該太陽能電池 電極的糊料包含(a)導(dǎo)電顆粒、(b)玻璃料、(c)有機載體、和(d)氧化鉛(PbO)，其中氧化 鉛的添加量相對于糊料總重量為約0. 05 1. 5wt%。在一種實施方式中，導(dǎo)電顆粒(a)可以包括選自由銀(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)、鉬(Mo)、鎳(Ni)、和氧化銦錫(ITO)組成的組中的至少一種。玻璃料(b)可以是一種無鉛玻璃料。在一種實施方式中，玻璃料(b)是鉍基玻璃 料。在一種實施方式中，氧化鉛(d)的添加量可以為相對于糊料總重量的約0. 1 Iwt %。在一種實施方式中，氧化鉛(d)的平均顆粒直徑(D50)可以在約0. 1 25 μ m的 范圍內(nèi)。在一種實施方式中，用于太陽能電池電極的糊料可以包含(a)約60 90wt%的導(dǎo) 電顆粒、(b)約0. 5 20wt%的玻璃料、(c)約1 30wt%的有機載體、和(d)約0. 005 1. 氧化鉛(PbO)。 在另一種實施方式中，該用于太陽能電池電極的糊料可以進一步包含氧化鋅、氧化鉍、或它們的混合物。氧化鋅、氧化鉍、或它們的混合物的加入量可以是糊料的約1 IOwt %。在一種實施方式中，有機載體(C)可以包括有機粘結(jié)劑和溶劑。有機載體(C)可 以包括約5 40wt%的有機粘結(jié)劑和約60 95襯％的溶劑。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種由該糊料制成的電極。在一種實施方式中，電 極通過燒制該糊料而形成并且可以包含(a)導(dǎo)電顆粒、(b)玻璃料、(c)有機載體、和(d) 氧化 鉛(PbO)。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了包括該電極的太陽能電池。在一種實施方式中，該 太陽能電池可以包括前電極和/或后電極，其為使用了該糊料的電極。


通過結(jié)合附圖對實施方式以下描述，本發(fā)明的上述及其他目的、特征和優(yōu)點將變 得顯而易見，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的太陽能電池的視圖。
具體實施例方式現(xiàn)參照附圖來詳述本發(fā)明的具體實施方式
。根據(jù)本發(fā)明，添加到用于太陽能電池電極的糊料中的氧化鉛(PbO)的量為約 0. 05 1.5wt%，該糊料含有導(dǎo)電顆粒、玻璃料和有機載體(vehicle)，從而能夠?qū)崿F(xiàn)改善 電極的接觸電阻并提高太陽能電池的效率?？梢允褂迷撚糜谔柲茈姵仉姌O的糊料來形成 面對太陽光入射方向的太陽能電池的前電極和/或與該前電極相對的太陽能電池的后電 極。(a)導(dǎo)電顆粒 根據(jù)本發(fā)明，導(dǎo)電顆?？梢园瑢?dǎo)電有機材料、導(dǎo)電無機材料、或它們的混合物。在一種實施方式中，該導(dǎo)電顆粒是無機顆粒，優(yōu)選金屬顆粒。導(dǎo)電顆粒的實例可以 包括，但不限于，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)、鉬(Mo)、鎳(Ni)和氧化 銦錫(ITO)。這些金屬可以單獨使用或以其中兩種或兩種以上的合金使用。這些導(dǎo)電顆粒 可以單獨使用或以其中的兩種或兩種以上的混合物使用。在一種實施方式中，該導(dǎo)電顆粒包括銀(Ag)顆粒并且可以進一步包括鎳(Ni)、鈷 (Co)、鐵(Fe)、鋅(Zn)或銅(Cu)顆粒。在另一種實施方式中，該導(dǎo)電顆?？梢园ㄣy(Ag)和鋁顆粒。導(dǎo)電顆?？梢允乔蛐?、鱗片狀(flake)、或無定形的，或它們的組合。在一種實施方 式中，可制備球形的導(dǎo)電顆粒以改善填充比和UV透光率。導(dǎo)電顆粒的平均顆粒直徑(D50)可以是約0. 1 ΙΟμπι，優(yōu)選為約0. 2 7μπι，更 優(yōu)選為約0. 5 5 μ m，并且進而更優(yōu)選為約1 3 μ m。導(dǎo)電顆粒的添加量可以相對于糊料總重為約60 90wt%。在上述范圍內(nèi)，放電電 壓被最小化，不會發(fā)生電極的短路，而且糊料易于制成。導(dǎo)電顆粒的添加量優(yōu)選為約70 85wt %，并且更優(yōu)選量為約75 82wt %。
(b)玻 璃料玻璃料能夠在燒制(firing)過程中促進導(dǎo)電顆粒和襯底之間的粘附，并且會在 燒結(jié)(sintering)中變軟，由此降低燒制溫度。在本發(fā)明中，玻璃料可以是無鉛玻璃料。在本文中，無鉛玻璃料意指基本上不含鉛 的玻璃料。在一種實施方式中，無鉛玻璃料可以是鉛含量少于約0. 005wt%的玻璃料。在一種實施方式中，玻璃料可以是鉍(Bi)基玻璃料，其中含有作為主要成分的氧 化鉍(Bi2O3)并進一步包括碳酸鋇(BaCO3)、氧化硼(B2O3)、氧化鋅(ZnO)等。無鉛玻璃料的實例可以包括，但不限于，氧化鋅-氧化硅(ZnO-SiO2)、氧化鋅-氧 化硼_氧化硅(ZnO-B2O3-SiO2)、氧化鋅-氧化硼-氧化硅-氧化鋁(ZnO-B2O3-SiO2-Al2O3)、 氧化鉍-氧化硅(Bi2O3-SiO2)、氧化鉍-氧化硼-氧化硅(Bi2O3-B2O3-SiO2)、氧化 鉍-氧化硼-氧化硅-氧化鋁(Bi2O3-B2O3-SiO2-Al2O3)、氧化鉍-氧化鋅-氧化 硼_氧化硅(Bi2O3-ZnO-B2O3-SiO2)、氧化鉍-氧化鋅-氧化硼_氧化硅_氧化鋁 (Bi2O3-ZnO-B2O3-SiO2-Al2O3)玻璃料。在一種實施方式中，該玻璃料的軟化點為約300 600°C，優(yōu)選為約400 550°C。該玻璃粉的平均顆粒直徑(D50)可以為約0. 1 5μπι。在該范圍內(nèi)，當(dāng)形成電極 時，在實施該方法的過程中通過UV輻照來固化較深的部分不會發(fā)生中斷并且不會產(chǎn)生針 孔。玻璃料的添加量可以為糊料總重的約0.5 20wt%。在此范圍內(nèi)，導(dǎo)電顆粒與襯 底之間的粘附良好，并且燒制過程能夠順利進行。優(yōu)選玻璃料的添加量為約1 10襯％，更 優(yōu)選為約1 5wt%。在一種實施方式中，玻璃料的添加量可以為約1 3wt%。(c)有機載體有機載體可以是一種為糊料提供液體性質(zhì)的有機粘結(jié)劑并且其可以進一步包括 溶劑。在一種實施方式中，有機載體(C)可以由有機粘結(jié)劑和溶劑形成。在另一種實施方 式中，有機載體(c)可以包括約5 40wt%的有機粘結(jié)劑和約60 95襯％的溶劑。作為有機粘結(jié)劑，可以使用通過使具有親水基團(如羧基)的丙烯酸單體發(fā)生共 聚而獲得的丙烯酸聚合物。此外，纖維素聚合物(例如乙基纖維素、羥乙基纖維素、羥丙基 纖維素和羥乙基羥丙基纖維素)可以單獨使用或以其中的兩種或兩種以上的混合物使用。溶劑可以是沸點為120°C或更高的有機溶劑。溶劑的實例包括，但不限于，甲基溶 纖劑、乙基溶纖劑、丁基溶纖劑、脂肪醇、丁基卡必醇醋酸酯(BCA)、α -松油醇、β -松油醇、 二氫松油醇、乙二醇、乙二醇單丁醚、丁基溶纖劑醋酸酯、和2，2，4-三甲基-1，3戊二醇單異 丁酸酯(texanol)。這些物質(zhì)可以單獨使用或以其中的兩種或兩種以上的混合物使用。有機載體的添加量可以是糊料總重的約1 30wt %，優(yōu)選為約1 25wt %，且更 優(yōu)選為約5 20wt%。在此范圍內(nèi)，可以實現(xiàn)良好的粘附和接觸電阻。(d)氧化鉛(PbO)本發(fā)明包含氧化鉛粉末以改善電極的接觸電阻和太陽能電池的效率。氧化鉛(PbO)的平均顆粒直徑(D50)為約0. 1 25 μ m，且更有利地為約1. 5 15 μ m。此外，四氧化三鉛(四氧化鉛=Pb3O4)粉末也可以與氧化鉛一起添加。氧化鉛(PbO)的添加量可以為糊料總重的約0. 05 1. 5wt%，優(yōu)選為約0. 1 Iwt %，且更優(yōu)選為約0. 15 0. 6wt%。
(e)無機添加劑除了氧化鉛(PbO)之外，該用于太陽能電池電極的糊料中還可以包括其他無機添 加劑。在一種實施方式中，可以使用氧化鋅(ZnO)粉末、氧化鉍(Bi2O3)粉末、或它們的混合 物。無機添加劑的平均顆粒直徑(D50)可以為約0.01 30 μ m，更優(yōu)選為約0. 1 15 μ m,且更優(yōu)選為約1 10 μ m。在一種實施方式中，無機添 加劑的添加量可以是糊料總重的約1 10wt%，優(yōu)選 為約2 7wt%，且更優(yōu)選為約3 5wt%。在該范圍內(nèi)，可以獲得良好的接觸電阻。如果需要的話，該用于太陽能電池電極的糊料可以進一步包括常用添加劑以提高 流動性、加工性能、和穩(wěn)定性。添加劑可以包括，但不限于，增塑劑、分散劑、觸變劑、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。這些添加劑可以單獨使用或以其中的 兩種或多種的混合物使用。這些添加劑是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的并且可商購獲得。本發(fā)明的其他方面提供了由用于太陽能電池電極的糊料形成的電極和包括該電 極的太陽能電池。圖1示出了本發(fā)明的一種實施方式的太陽能電池。參照圖1，可以通過將糊料印制并燒制至晶片或襯底100上而形成后電極210和前 電極230，該晶片或襯底100包括ρ-層101和η-層102，其作為發(fā)射器。例如，制備后電極 210的預(yù)制備過程是通過將電極用糊料印制在晶片100的背面并在約200 400°C干燥該 印制的糊料持續(xù)約10至60秒來實施的。此外，制備前電極230的預(yù)制備過程可通過將糊 料印制到晶片100的前面并干燥所印制的糊料來實施。然后，通過在約400 900°C下燒制 晶片100持續(xù)約30至50秒來制備前電極230和后電極210。晶片可以由多晶硅制成并且 不僅可以包括具有由于其表面上的顆粒而形成的彎曲形的多晶晶片(multi-wafer)，而且 還可以包括單晶晶片(mono-wafer)。接下來，將參照實施例詳細(xì)描述本發(fā)明。然而，應(yīng)該注意的是，所提供的這些實施 例僅是用于舉例說明目的且不限制本發(fā)明的范圍。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠推論出技術(shù)細(xì)節(jié)，因此將省略對其的描述。實施例以下的實施例和比較例中所使用的成分的具體說明如下(a)導(dǎo)電顆粒4_llF(Ag 粉，Dowa Holding Co.，Ltd.)(b)玻璃料無鉛玻璃料，55C-2 (含Bi玻璃，PDE Co.，Ltd.)(b，)玻璃料含氧化鉛的鉛玻璃料，55C-2 (PDE Co.，Ltd.)(c)有機載體STD20(10wt%m固體纖維素聚合物、27襯％的BCAjP 63wt%的松 油醇，Dow Chemical Co. , Ltd.)(d)氧化鉛(PbO)平均顆粒直徑(D50)為10 μ m的粉末(PDE Co.，Ltd.) (e)無機添加劑平均顆粒直徑(D50)為2 μ m的氧化鋅(ZnO)粉末(Kanto Chemical Co. , Ltd.)實施例1至4按表1給出的比例添加前述成分，并用C-混合器混合100秒，接著用三輥研磨機 進行研磨，從而制備用于太陽能電池電極的糊料。在實施例1-4中，導(dǎo)電顆粒、玻璃料和無 機添加劑的量是固定的，而PbO的含量是變化的(split-change)。
比較例1除了使用氧化鉛之外，比較例1采用與實施例1相同的方法。比較例2除了不使用氧化鉛而使用鉛玻璃料(b')之外，比較例2采用與實施例1相同的方法。比較例3除了氧化鉛的用量為2wt%之外，比較例3采用與實施例1相同的方法。將在實施例1至4以及比較例1和2中制備的每種糊料施加到5英寸的多晶晶片 的背面和前面，并在300°C干燥約20至40秒，由此完成了后電極210和前電極230的預(yù)制 備。然后，在755至800°C的峰值溫度下燒制晶片2至5秒以形成前電極230和后電極210。 接著，測量電極210和230的電阻(串聯(lián)電阻，πιΩ)并由測試器(CT801，PaSan SA)測量誘 發(fā)的光伏效率。結(jié)果如表1所示。[表1]
權(quán)利要求
1.一種用于太陽能電池電極的糊料，包含(a)導(dǎo)電顆粒；(b)玻璃料；(c)有機載體；和(d)氧化鉛，其中，所述氧化鉛的添加量相對于所述糊料總重量為0. 05 1. 5wt%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于太陽能電池電極的糊料，其中，所述的導(dǎo)電顆粒(a)包含 選自由銀、金、鈀、鉬、銅、鉻、鈷、鋁、錫、鉛、鋅、鐵、銥、鋨、銠、鎢、鉬、鎳、和氧化銦錫組成的 組中的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于太陽能電池電極的糊料，其中，所述玻璃料(b)是無鉛玻璃料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于太陽能電池電極的糊料，其中，所述玻璃料(b)是鉍基玻璃料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于太陽能電池電極的糊料，其中，所述氧化鉛(d)的添加量 相對于所述糊料總重量為0. 1 Iwt %。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于太陽能電池電極的糊料，其中，所述氧化鉛(d)的平均顆 粒直徑(D50)范圍為0. 1 25 μ m。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于太陽能電池電極的糊料，其中，所述糊料包含(a)60 90wt%的導(dǎo)電顆粒、(b)0. 5 20wt%的玻璃料、(c)l 30wt%的有機載體、和(d)0.05 1. 5wt%的氧化鉛。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于太陽能電池電極的糊料，進一步包含氧化鋅、氧化鉍或 它們的混合物，量為1 10wt%。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于太陽能電池電極的糊料，其中，所述有機載體(c)包含有 機粘結(jié)劑和溶劑。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于太陽能電池電極的糊料，其中，所述有機載體(C)包含 5 有機粘結(jié)劑和60 溶劑。
11.由根據(jù)權(quán)利要求1-10中任一項所述的糊料燒制而形成的太陽能電池電極，并且所 述糊料包含(a)導(dǎo)電顆粒、(b)玻璃料、(d)氧化鉛。
12.—種太陽能電池，包含根據(jù)權(quán)利要求11所述的電極。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于太陽能電池電極的糊料，由該糊料燒制而形成的太陽能電池電極，以及包括該電極的太陽能電池。該糊料包含導(dǎo)電顆粒、玻璃料、有機載體、和氧化鉛。氧化鉛的添加量為糊料總重的約0.05～1.5wt％，使光電效率和接觸電阻提高。
文檔編號H01L31/0224GK102104076SQ20101051376
公開日2011年6月22日 申請日期2010年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月17日
發(fā)明者岡本珍范, 南熙寅, 李秉喆, 鄭錫鉉, 金東俊 申請人:第一毛織株式會社