專利名稱：太陽能電池用的導電膠組成物及其太陽能電池組件的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種導電膠組成物，特別是涉及一種用于太陽能電池的背部電極或?qū)Ь€的導電膠組成物。
背景技術(shù)：
由于國際油價高漲以及環(huán)保意識的抬頭，近年來，世界各國積極的投入研發(fā)，尋求可以取代傳統(tǒng)能源(包含石油等非再生能源)的再生能源技術(shù)，其中特別以太陽能的技術(shù)發(fā)展最受矚目。太陽能的各種技術(shù)中，將太陽光轉(zhuǎn)成電能儲存的太陽能電池技術(shù)的應用廣泛，近年來相關(guān)技術(shù)的開發(fā)更是百家爭鳴，太陽能電池目前最被廣泛使用的為半導體材料(例如硅基材)太陽能電池所制成的組件，圖I即太陽能電池組件的剖面構(gòu)造示意圖，其在P型硅半導體基材 上形成具有金字塔型的粗化表面以減少光線反射，再將磷以熱擴散方式·在P型硅半導體基材I的受光面?zhèn)刃纬煞聪驅(qū)щ娦灶愋偷摩切蛽诫s層2，并形成ρ-η界面(junction) 0隨后再于η型摻雜層2上形成減反射層3與電極4。一般是以絲網(wǎng)印刷方式在減反射層3上涂布含有銀顆粒的銀導電膠隨后進行烘烤干燥及燒結(jié)的程序形成正面電極4。ρ型硅半導體基材I的背面?zhèn)葎t使用含有鋁粉末的鋁導電膠以印刷方式形成鋁背面電極層5，隨后進行干燥烘烤的程序，再于高溫下進行燒成。此外，為了能將多個太陽能電池組件相互串連形成模塊，可借由絲網(wǎng)印刷方式在鋁背面電極層5上印刷一種銀導電膠，經(jīng)燒結(jié)后形成背面導線6。為了能將太陽能電池的間做模塊的串接，背面電極層會焊上數(shù)條焊接帶(ribbon) 7作為連結(jié)，但一般而言，鋁的可焊性很差，故一般做法是焊在銀導線上。另一方面，近年來隨著太陽能電池的產(chǎn)業(yè)發(fā)展，應用于太陽能電池的相關(guān)材料隨著需求的增加，價格也隨的高漲，特別是導電用的銀顆粒，但若為了降低成本，減少導線的印量，則導電效果不佳進而影響發(fā)電的效率，絲網(wǎng)印刷特性隨之受到影顯造成缺膠的情況。若減少銀顆粒在導電組合物的重量比例則會造成導電度不佳以及因銀顆粒、玻璃料及硅晶圓聯(lián)結(jié)界面減少進而導致拉力下降或焊接時遭遇困難。由此可見，上述現(xiàn)有的太陽能電池用的導電膠組成物在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、制造方法與使用上，顯然仍存在有不便與缺陷，而亟待加以進一步改進。為了解決上述存在的問題，相關(guān)廠商莫不費盡心思來謀求解決之道，但長久以來一直未見適用的設計被發(fā)展完成，而一般產(chǎn)品及方法又沒有適切的結(jié)構(gòu)及方法能夠解決上述問題，此顯然是相關(guān)業(yè)者急欲解決的問題。因此如何能創(chuàng)設一種新的太陽能電池用的導電膠組成物及其太陽能電池組件，實屬當前重要研發(fā)課題之一，亦成為當前業(yè)界極需改進的目標。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于，克服現(xiàn)有的太陽能電池用的導電膠組成物存在的缺陷，而提供一種新的太陽能電池用的導電膠組成物及其太陽能電池組件，所要解決的技術(shù)問題是在提供一種用于降低銀顆粒含量的情況下，可保有優(yōu)異的電極或?qū)Ь€所需的性質(zhì)的導電膠組成物，非常適于實用。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的。依據(jù)本發(fā)明提出的導電膠組成物包含(a)由銀顆粒所構(gòu)成的導電顆粒；(b)玻璃料；(C)有機接合劑 '及
(d)溶劑，其中所述(a)銀顆粒包含至少二種選自由球形、不規(guī)則形及片狀所組成群組的顆?；騼H包含不規(guī)則形顆粒，其中(a)銀顆粒的重量相對于(b)玻璃料的重量為10.4-15.9，及其中以100重量份所述導電膠組成物計，所述組成物包含30-65重量份的固體含量(a)+(b)。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進一步實現(xiàn)。前述的太陽能電池用的導電膠組成物，其中所述的(a)銀顆粒為平均粒徑(D50) 介于O. 1-10 μ m的銀金屬、銀金屬的合金或其混合物。前述的太陽能電池用的導電膠組成物，其中所述的(b)玻璃料不含鉛成份。前述的太陽能電池用的導電膠組成物，其中所述的(b)玻璃料具有330-530°C的轉(zhuǎn)化點溫度(Tg)。前述的太陽能電池用的導電膠組成物，其中所述的其以100重量份玻璃料總重量計，所述(b)玻璃粉含有30-60重量份的氧化鉍。前述的太陽能電池用的導電膠組成物，其中所述的其以100重量份導電膠組成物的總重量計，所述組分(c)的含量為I. 7-10. 5重量份。前述的太陽能電池用的導電膠組成物，其中所述的(a)銀顆粒的重量相對于(b)玻璃料的重量為12. 4-14.0。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)。依據(jù)本發(fā)明提出的所述太陽能電池包含電極或?qū)Ь€，其中所述電極或?qū)Ь€經(jīng)由燒結(jié)如請求項I至7中任一項的導電膠組成物所形成。借由上述技術(shù)方案，本發(fā)明太陽能電池用的導電膠組成物及其太陽能電池組件至少具有下列優(yōu)點及有益效果本發(fā)明提供上述組成物可在減少銀顆粒在導電組合物的重量比例下，仍保有優(yōu)異的電極或?qū)Ь€所需的性質(zhì)的導電膠組成物，進而能降低成本，提高產(chǎn)業(yè)競爭力應用。綜上所述，本發(fā)明太陽能電池用的導電膠組成物，其包含(a)銀顆粒所構(gòu)成的導電顆粒；(b)玻璃料；(c)有機接合劑；及(d)溶劑，其中所述(a)銀顆粒包含至少二種選自由球形(spherical)、不規(guī)則形(irregular)及片狀(flake)所組成群組的顆?；騼H包含不規(guī)則形顆粒，其中(a)銀顆粒的重量相對于(b)玻璃料的重量為10. 4-15. 9，及其中以100重量份所述導電膠組成物計，所述組成物包含30-65重量份的固體含量(a) + (b)。本發(fā)明另提供太陽能電池組件，其包括經(jīng)由燒結(jié)上述導電膠組成物所形成的電極或?qū)Ь€。本發(fā)明提供減少銀顆粒在導電組合物的重量比例下，可保有優(yōu)異的電極或?qū)Ь€所需的性質(zhì)的導電膠組成物，進而能降低成本，提高產(chǎn)業(yè)競爭力應用。本發(fā)明在技術(shù)上有顯著的進步，并具有明顯的積極效果，誠為一新穎、進步、實用的新設計。上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，并配合附圖，詳細說明如下。


圖I是太陽能電池組件的剖面構(gòu)造示意圖。圖2是銀顆粒的形狀的電鏡分析圖。I p型娃半導體基材 2 n型摻雜層3:減反射層4:正面電極5:鋁背面電極層6:背面導線7 :焊接帶
具體實施例方式為更進一步闡述本發(fā)明為達成預定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳實施例，對依據(jù)本發(fā)明提出的太陽能電池用的導電膠組成物及其太陽能電池組件其具體實施方式
、結(jié)構(gòu)、制造方法、步驟、特征及其功效，詳細說明如后。本發(fā)明導電膠組成物所使用的(a)銀顆粒，可為任何本發(fā)明所屬技術(shù)領域具有通常知識者所已知者，其可為任何適當形式的銀顆粒，例如銀金屬、銀金屬的合金或彼等的混合物等。銀顆粒包含至少二種選自由球形、不規(guī)則形及片狀所組成群組的顆?；騼H包含不規(guī)則形的顆粒，不同銀顆粒形狀的組合，可影響導電膠組成物經(jīng)燒結(jié)后形成的電極(或?qū)Ь€)與焊接帶之間的拉力強度，若僅使用球形或片狀的銀顆粒，則電極(或?qū)Ь€)與焊接帶的間的拉力強度不佳。根據(jù)本發(fā)明，銀顆粒的平均粒徑(D50)介于O. 1-10微米(μπι)之間，優(yōu)選為介于O. 5-5 μ m之間。可用于本發(fā)明的市售銀顆粒例如包括由美國Metalor所產(chǎn)出的球形銀顆粒型號為C2462P、C3018P及K2081P，片狀銀顆粒型號為AA0005、EAOO15,EAOO18, FA3162、GAO143 及 SA2831，及不規(guī)則形銀顆粒型號為 C0083P 及 D2466P ;Ferro、Ames Goldsmith公司以及日本DOWA公司所生產(chǎn)的型號為Ag-2-l I、AG-2. 5-16C、Ag-5-l IF及Ag-6-ll的球形銀顆粒或FA-5-1、FA-D-I、FA-D-2、FA_D_3、FA-D-4的片狀銀顆粒。根據(jù)本發(fā)明，(a)銀顆粒的用量，以100重量份導電膠組成物的總重量計，為30_60重量份，優(yōu)選為45-55重量份。本發(fā)明導電膠組成物所使用的(b)玻璃料包含鉍(Bi)元素，上述鉍元素可以合金或氧化物的形式存在，所述玻璃料另包含例如，但不限制于，氧化硼(B203)、氧化鋅(ZnO)、氧化硅(Si02)、氧化鋁(A1203)、氧化鋯(Zr203)、氧化鍶(SrO)、氧化鉀(K20)等，或其混合物，本發(fā)明導電膠組成物視使用情況可使用不同元素組成的玻璃料，但其中不含鉛(Pb)元素。根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實施方式，本發(fā)明所使用(b)玻璃料中所含氧化鉍的量，以100重量份玻璃料總重量計，為30-60重量份，優(yōu)選為37-52重量份。本發(fā)明導電膠組成物的玻璃料的轉(zhuǎn)化點溫度(Tg)為330_530°C，若轉(zhuǎn)化點溫度(Tg)高于530°C則導電膠組成物在形成導線(或電極)的燒結(jié)溫度下不易軟化玻璃料，因此造成導線(或電極)與基材的接著強度不佳；若轉(zhuǎn)化點溫度(Tg)小于330°C則玻璃料太軟，造成導線(或電極)與基材的接著強度不佳。根據(jù)本發(fā)明，(b)玻璃料的用量，以100重量份導電膠組成物的總重量計，為約
O.5-10重量份，優(yōu)選為I. 0-5. O重量份，更優(yōu)選為2. 0-4. O重量份。如果玻璃料含量低于
O.5重量份，會造成燒結(jié)后產(chǎn)物黏結(jié)強度不足；若含量高于10重量份，則會使燒結(jié)后產(chǎn)物整、體(例如導線)的導電度下降、電阻上升，效率也隨的而下降，也因燒結(jié)過程中銀顆粒與玻璃料會造成分散不均進而產(chǎn)生浮動玻璃緣故，在焊接步驟上會發(fā)生問題。根據(jù)本發(fā)明，(a)銀顆粒的重量相對于(b)玻璃料的重量為10. 4-15. 9，優(yōu)選為
12.4-14. 0，若大于15. 9則無機黏結(jié)劑含量過低，無法達到黏結(jié)作用，使燒結(jié)后的產(chǎn)物剝離強度下降；若小于10. 4則無機黏結(jié)含量過高，導致燒結(jié)后的產(chǎn)物(例如導線)本身電阻上升。本發(fā)明導電膠組成物的固體含量以100重量份所述導電膠組成物計，包含30-65重量份的固體含量(a)+ (b)，優(yōu)選40-60重量份。本發(fā)明導電膠組成物所使用的(C)有機接合劑，用于作為導電組成物干燥后燒結(jié)前的支撐物(support)，為避免燒結(jié)后影響電性，以燒結(jié)后不殘留碳者為佳?？墒褂脴渲鳛榻雍蟿詿崴苄詷渲瑸榧?，且優(yōu)選為選自纖維素、丙烯酸類樹脂、聚酯樹脂、聚氨酯樹月旨、醇酸樹脂、環(huán)氧樹脂或其混合物，更優(yōu)選為纖維素、丙烯酸類樹脂、聚氨酯樹脂或其混合 物。本發(fā)明所使用的纖維素可為甲基纖維素(methyl cellulose)、乙基纖維素(ethyl cellulose)、木松香(wood rosin)、聚丙烯腈(PAN)或其混合物?？捎糜诒景l(fā)明的丙烯酸類樹脂的種類，例如包括，但不限于聚氨酯丙烯酸酯，如脂肪族聚氨酯丙烯酸酯(aliphatic urethane acrylate);聚環(huán)氧丙烯酸酯,如聚酹醒環(huán)氧丙烯酸酯(novolacepoxy acrylate);聚酯丙烯酸酯；以聚酯多元醇為主的丙烯酸酯(polyester polyolbased acrylate);丙烯酸酯均聚物或共聚物；或彼等的混合物。根據(jù)本發(fā)明，(C)有機接合劑的用量，以100重量份導電膠組成物的總重量計，為約I. 7-10. 5重量份，優(yōu)選為2. 6-8. 4重量份。本發(fā)明的導電膠組成物所使用的(d)溶劑，用于調(diào)整導電膠組成物至適當黏度，其中黏度優(yōu)選為介于10000-40000cpS，為避免導電膠組合物在印刷時因溶劑揮發(fā)過快，影響導電膠組成物的黏度，造成印刷時的不穩(wěn)定，所使用的溶劑優(yōu)選為具有范圍在140-280°C的沸點，常用的溶劑例如但不限于以二醇醚類為主的有機溶劑，如二乙二醇單丁基醚(diethylene glycol monobutyl ether);醚酯類，如乙基卡必醇乙酸酯(ethyl carbitolacetate)、乙二醇丁基醚乙酸酯(ethylene glycol monobutyl ether acetate)、丁基卡必醇乙酸酯(butyl carbitol acetate)、丙二醇單甲醚乙酸酯(propylene glycol methylether acetate);職烯類(如松油醇(terpineol))。根據(jù)本發(fā)明，(d)溶劑的用量以100重量份導電膠組成物的總重量計為20-70重量份。本發(fā)明導電膠組成物也可視需要包含任何熟悉此項技術(shù)者已知的(e)添加劑，其例如但不限于無機填充劑(inorganic filler)、氧化添加劑(oxidizing additive)、增塑劑(plasticizer)、增敏劑(sensitizer)、偶聯(lián)劑、分散劑、界面活性劑、潤濕劑、增稠劑(thickening agent)、消泡劑(defomer)或觸變劑等,可單一添加或組合兩種以上使用，其
(e)添加劑用量以100重量份導電膠組成物的總重量計，為0-6重量份，優(yōu)選為0. 5-4重量份。本發(fā)明的導電膠組成物可使用任何本發(fā)明所屬技術(shù)領域中具有通常知識者所熟知的方法，應用于太陽能電池組件中，例如，可經(jīng)由包含以下步驟的方法于太陽能電池組件中形成電極或?qū)Ь€
(a)將有機接合劑、銀顆粒、玻璃料、溶劑及視需要適當?shù)奶砑觿┗旌弦孕纬蓪щ娔z組成物；(b)利用絲網(wǎng)印刷機(所用網(wǎng)板約具有180-400網(wǎng)目)，將所述導電膠組合物涂布于基材(例如單晶或多晶硅晶圓)上，形成欲得的圖樣(pattern)，膜厚約(20-50微米)；(c)對所述線形照射能量射線或加熱或兩者并用以去除溶劑使其固化；(d)利用燒結(jié)爐，在設定溫度750_950°C進行燒結(jié)(sintering)，以去除有機接合齊U，并將玻璃料、銀顆粒與基材熔結(jié)在一起，形成導線或電極。本發(fā)明的導電膠組成物可應用于任何公知的太陽能電池組件中取代公知的導電膠組成物，作為太陽能電池組件中的電極或?qū)Ь€。下述實施例以形成太陽能電池組件背面的電極為例，進一步說明本發(fā)明的導電膠組成物的特點及及其應用方式，唯非用以限制本發(fā)明的范圍。任何熟悉此項技術(shù)的人士可輕易達成的修飾及改變均包括于本發(fā)明說明書揭示內(nèi)容及所附申請專利范圍的范圍內(nèi)。
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本發(fā)明將以下述實例作進一步的說明。實施例導電膠組成物的制造本發(fā)明導電膠組成物的制備包括將平均粒徑(D50)在O. 5-1. 3um的銀顆粒，及玻璃料加入(d)溶劑(A :松油醇；B :二乙二醇單丁基醚)及有機接合劑中，視需要加入分散劑
(e)，其組成比例成分如表I及表2所示，以混合器進行預混。球形銀顆粒(al)、片狀銀顆粒(a2)及不規(guī)則形銀顆粒(a3)的外觀形貌以電鏡分析，分析結(jié)果如圖2所示。(b)玻璃料為Tg = 430 0C，含有40wt %氧化鉍、氧化硅及氧化硼組成物。(c)有機接合劑為乙基纖維素樹脂?；旌贤旰?，包含銀顆粒(a)、玻璃料(b)、有機接合劑(C)及溶劑(d)及視需要的分散劑(e)的導電膠組成物會以技術(shù)人士悉知三滾筒混料機(3-roll mill)進一步分散及研磨均勻，以此制備用于太陽能電池背面的導電膠組成物。太陽電池的制造具有200 μ m的厚度的六時單晶晶圓接受表面織化(texturing)加工而形成金字塔結(jié)構(gòu)。然后，在晶圓的N側(cè)上沉積SiNx。在晶圓的P側(cè)上以網(wǎng)目數(shù)250mesh網(wǎng)版印刷上本發(fā)明案實施例的太陽電池背面電極用的導電膠組成物，并在180°C使其干燥5分鐘。然后，使用網(wǎng)版絲絲網(wǎng)印刷刷將鋁導電膠(Etergen SP-2601 ;長興化學工業(yè)股份有限公司)涂布在六時單晶晶圓的P側(cè)并干燥，及使用正面銀膠在六時單晶晶圓的前SiN X側(cè)印刷手指狀電路(finger line)并干燥。干燥步驟完成后，涂布有干燥鋁導電膠及本發(fā)明的導電膠組成物的單晶硅晶圓置于連續(xù)式紅外線燒結(jié)爐中以燒結(jié)區(qū)間的溫度為750-950°C進行燒結(jié)，借此制造太陽電池。燒結(jié)過程中可將導電膠中有機成分移除及使導電膠中無機成分及硅晶圓形成連結(jié)進而形成電極。測試方法〈太陽能電池的評估〉所制造的太陽能電池性能使用QuickSun 120CA (Endeas)予以評估。
<拉力評估>使用涂附有62Sn/36Pb/2Ag的銅帶，以150_230°C焊錫溫度焊接上本發(fā)明的導電膠所形成太陽能電池背面導線，焊接時間約2-5秒。的后以相對于電池180°的角度拉扯銅帶獲得拉力數(shù)據(jù)。表I
權(quán)利要求
1.一種太陽能電池用的導電膠組成物，其特征在于，所述導電膠組成物包含(a)由銀顆粒所構(gòu)成的導電顆粒；(b)玻璃料；(c)有機接合劑 '及(d)溶劑，其中所述(a)銀顆粒包含至少二種選自由球形、不規(guī)則形及片狀所組成群組的顆?；騼H包含不規(guī)則形顆粒，其中(a)銀顆粒的重量相對于(b)玻璃料的重量為10. 4-15. 9，及其中以100重量份所述導電膠組成物計，所述組成物包含30-65重量份的固體含量(a)+ (b)。
2.如權(quán)利要求I所述的太陽能電池用的導電膠組成物，其特征在于，其中所述(a)銀顆粒為平均粒徑介于O. 1-10微米的銀金屬、銀金屬的合 金或其混合物。
3.如權(quán)利要求I所述的太陽能電池用的導電膠組成物，其特征在于，其中所述(b)玻璃料不含鉛成份。
4.如權(quán)利要求I所述的太陽能電池用的導電膠組成物，其特征在于，其中所述(b)玻璃料具有330-530°C的轉(zhuǎn)化點溫度。
5.如權(quán)利要求3所述的太陽能電池用的導電膠組成物，其特征在于，其中以100重量份玻璃料總重量計，所述(b)玻璃粉含有30-60重量份的氧化鉍。
6.如權(quán)利要求I所述的太陽能電池用的導電膠組成物，其特征在于，其中以100重量份導電膠組成物的總重量計，所述組分(c)的含量為I. 7-10. 5重量份。
7.如權(quán)利要求I所述的太陽能電池用的導電膠組成物，其特征在于，其中所述(a)銀顆粒的重量相對于(b)玻璃料的重量為12.4-14.0。
8.一種太陽能電池組件，其特征在于，所述太陽能電池組件包含電極或?qū)Ь€，其中所述電極或?qū)Ь€經(jīng)由燒結(jié)如權(quán)利要求I至7中任一項的導電膠組成物所形成。
全文摘要
本發(fā)明是有關(guān)于一種太陽能電池用的導電膠組成物包含(a)銀顆粒所構(gòu)成的導電顆粒；(b)玻璃料；(c)有機接合劑；及(d)溶劑，其中所述(a)銀顆粒包含至少二種選自由球形(spherical)、不規(guī)則形(irregular)及片狀(flake)所組成群組的顆?；騼H包含不規(guī)則形顆粒，其中(a)銀顆粒的重量相對于(b)玻璃料的重量為10.4-15.9，及其中以100重量份所述導電膠組成物計，所述組成物包含30-65重量份的固體含量(a)+(b)。本發(fā)明另提供太陽能電池組件，其包括經(jīng)由燒結(jié)上述導電膠組成物所形成的電極或?qū)Ь€。本發(fā)明提供減少銀顆粒在導電組合物的重量比例下，可保有優(yōu)異的電極或?qū)Ь€所需的性質(zhì)的導電膠組成物，進而能降低成本，提高產(chǎn)業(yè)競爭力應用。
文檔編號H01B13/00GK102723121SQ20121001627
公開日2012年10月10日 申請日期2012年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月11日
發(fā)明者蔡孟宏, 詹靖儀, 許再發(fā), 陳文億 申請人:長興化學工業(yè)股份有限公司