專利名稱：導(dǎo)電組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明設(shè)計(jì)一種導(dǎo)電組合物，尤其涉及一種用于太陽(yáng)能電池的導(dǎo)電組合物及其制
造方法。
背景技術(shù)：
太陽(yáng)能電池藉由半導(dǎo)體材料將太陽(yáng)的輻射能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋Ｌ?yáng)能電池的結(jié)構(gòu)主要包括光電轉(zhuǎn)化層，此光電轉(zhuǎn)化層藉由P型半導(dǎo)體材料及N型半導(dǎo)體材料所形成的PN接面(PN junction)所構(gòu)成。當(dāng)太陽(yáng)光照射到光電轉(zhuǎn)化層之上時(shí)，此光電轉(zhuǎn)化層吸收太陽(yáng)光中與半導(dǎo)體材料相對(duì)應(yīng)波段的光，使光能以產(chǎn)生電子一電洞的形式轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，從而?shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，并對(duì)外接于P型半導(dǎo)體材料層及N型半導(dǎo)體材料層的金屬引線的負(fù)載供電。
太陽(yáng)能電池是利用光伏效應(yīng)，將太陽(yáng)光能轉(zhuǎn)換為電能的半導(dǎo)體組件，基本上任何半導(dǎo)體的二極管皆可將光能轉(zhuǎn)換成電能。太陽(yáng)能電池產(chǎn)生電能是基于光導(dǎo)效應(yīng)與內(nèi)部電場(chǎng)兩因素。因此，選擇太陽(yáng)能電池的材料時(shí)，必須考慮其材料的光導(dǎo)效應(yīng)及如何產(chǎn)生內(nèi)部電場(chǎng)。太陽(yáng)能電池性能的高低主要以光電之間的轉(zhuǎn)換效率來(lái)評(píng)斷。而影響轉(zhuǎn)換效率的因子包含太陽(yáng)光強(qiáng)度、溫度；材料的阻值與基質(zhì)的質(zhì)量、缺陷密度；PN接面的濃度、深度；表面對(duì)光反射率大小；金屬電極線寬、線高、接觸電阻。故而對(duì)各種影響因子須嚴(yán)密控制才得以制造出具有高轉(zhuǎn)換效率的太陽(yáng)電池。轉(zhuǎn)換效率與制作成本為現(xiàn)今制造太陽(yáng)能電池的主要考慮因素。目前市場(chǎng)上的太陽(yáng)能電池產(chǎn)品，以硅為原料的太陽(yáng)能電池市占率為較大。依晶體結(jié)構(gòu)分類，分別為單晶太陽(yáng)能電池、復(fù)晶太陽(yáng)能電池以及非晶型太陽(yáng)能電池等三種。以轉(zhuǎn)換效率而言，目前仍以單晶硅太陽(yáng)能電池為較高，約為24%的轉(zhuǎn)換效率，復(fù)晶硅則近似次之約為19%，非晶型硅則約為11%左右。使用其它化合物半導(dǎo)體來(lái)作為光電轉(zhuǎn)換基板，例如III-V族的砷化鎵(GaAs)，轉(zhuǎn)換效率則可高達(dá)26%以上。如何提高其能量轉(zhuǎn)換效率、降低硅晶圓厚度，亦是太陽(yáng)能電池技術(shù)發(fā)展的主軸。關(guān)于晶圓厚度問(wèn)題，現(xiàn)有技術(shù)上可利用一種雷射燒結(jié)電極制程(Laser-Fired Contact, LFC)技術(shù)，除可讓電池厚度降至37 μ m以下，其效率并可達(dá)20%。其步驟大略為在太陽(yáng)能電池的背表面上，利用蒸鍍方式制作鋁層與形成鈍化層，經(jīng)過(guò)雷射光打穿鋁層以形成導(dǎo)電接點(diǎn)。雷射燒結(jié)方法可以有效地解決原先電能流失的問(wèn)題，并且利用雷射燒結(jié)接點(diǎn)技術(shù)，不需要利用傳統(tǒng)昂貴的微影、蝕刻技術(shù)于硅晶板背面的鈍化層中形成洞圖案，以容納鋁質(zhì)電極。此外，為了將太陽(yáng)能電池所產(chǎn)生的電流導(dǎo)引出來(lái)成為可用的電能，半導(dǎo)體基材的兩端還須形成金屬電極來(lái)將電流導(dǎo)至外部的電流負(fù)載端。然而，基材受光面(即正面)的金屬電極會(huì)擋住受光面而阻礙太陽(yáng)光之吸收，故太陽(yáng)能電池的正面金屬電極面積越小越好，以增加太陽(yáng)能電池的受光區(qū)域。故此，現(xiàn)今一般的金屬電極主要是利用網(wǎng)印技術(shù)在太陽(yáng)能電池的兩正反面印制出網(wǎng)狀電極結(jié)構(gòu)。所謂的網(wǎng)印電極備制，即利用網(wǎng)印的方法，把導(dǎo)電金屬漿料(如銀膠)依照所設(shè)計(jì)的圖形印刷在已經(jīng)過(guò)摻雜的硅基材上，并在適當(dāng)?shù)臒Y(jié)條件下將導(dǎo)電金屬漿料中的有機(jī)溶劑揮發(fā)，使金屬顆粒與表面的硅形成硅合金，形成硅材之間良好的歐姆接觸，進(jìn)而成為太陽(yáng)能電池的正反面金屬電極。但是，過(guò)細(xì)的電極網(wǎng)線易造成斷線，或使其電阻升高而降低了太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率，故如何達(dá)到細(xì)線化又不降低電池整體的發(fā)電效率便為此領(lǐng)域的技術(shù)重點(diǎn)。一般而言，金屬電極的膜厚約為1(Γ25微米(um)，而正面金屬的網(wǎng)線(finger line)寬度約為12(T200um。以此類技術(shù)來(lái)制作太陽(yáng)能電池電極有自動(dòng)化、高產(chǎn)能及成本低之優(yōu)點(diǎn)。而先前技術(shù)導(dǎo)電膠的成分易結(jié)成大團(tuán)塊，而不易穿過(guò)網(wǎng)版印刷的網(wǎng)孔或成網(wǎng)版破壞。此外，就一般太陽(yáng)能電池硅基材而言(即非受光面)，其背部電極結(jié)構(gòu)包含了銀電極部分(網(wǎng)線電極部分)與鋁電極部分(及上述的背部電場(chǎng)部分)。目前一般業(yè)界作法是先在硅基材10的背面先用網(wǎng)印方式印上銀電極11圖形，之后于其上形成鋁電極12層，如圖I所示。由于鋁的可焊性很差，無(wú)法以直接焊接方式將各太陽(yáng)能電池模塊連結(jié)，故一般業(yè)者會(huì)使用數(shù)條焊接帶20焊在太陽(yáng)能電池背部部分的銀電極11區(qū)域上，使各發(fā)電模塊間彼此電性連結(jié)整合。在圖I結(jié)構(gòu)中，銀電極-硅基材接口 30以及鋁電極-硅基材接口 50會(huì)于燒結(jié)過(guò)程中會(huì)形成共晶層而使其緊密接合。然而，銀與鋁之間不易形成共晶結(jié)構(gòu)，其銀電·極-鋁電極接口 40處易發(fā)生剝離(peeling)現(xiàn)象，使得銀電極與鋁電極間產(chǎn)生裂隙讓太陽(yáng)能電池整體性能下降。故此，除了轉(zhuǎn)換效率測(cè)試外，太陽(yáng)能電池模塊于制成后還須于背部進(jìn)行焊接帶10的拉力測(cè)試以及銀電極-鋁電極接口 40的剝離(peeling)測(cè)試，以確保模塊背部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固。綜上所言，可知除了形成PN接面的半導(dǎo)體基材外，制作太陽(yáng)能電池最主要的材料就是導(dǎo)電組合物的部分。目前現(xiàn)有技術(shù)中的導(dǎo)電組合物都是由金屬粉末(特別是銀粉)、玻璃熔塊、有機(jī)載體、以及添加劑(additive)等原料所組成。其成分、含量、比例、制程參數(shù)等都會(huì)影響到最后電極產(chǎn)物的性能。以背面金屬電極為例，除了上述有關(guān)焊接帶拉力大小與銀鋁電極接口剝離程度外，其用以形成之導(dǎo)電銀組合物與鋁組合物優(yōu)劣亦會(huì)直接影響到其太陽(yáng)能電池性能之轉(zhuǎn)換效率H、開(kāi)路電壓Voc、短路電流Isc、填充因子、串聯(lián)電阻Rs、以及分流電阻Rsh(shunt resistance)等,亦會(huì)決定有效之燒結(jié)溫度范圍Ts與黏著力之大小。故如何調(diào)配出一種能改善上述各項(xiàng)太陽(yáng)能電池性能的導(dǎo)電組合物為目前業(yè)界研發(fā)的重點(diǎn)。通常銀鋁漿包含銀粉與鋁粉混合物，然而由于銀與鋁之間不易形成共晶結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致此傳統(tǒng)的銀鋁漿導(dǎo)電膠拉力不足，并且銀與玻璃熔塊間容易剝離；且若導(dǎo)電顆粒全部采用銀材料，將造成成本上升。因此，本發(fā)明提供一種優(yōu)于現(xiàn)有傳統(tǒng)的導(dǎo)電組合物的制造方法以克服上述缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供一種導(dǎo)電組合物，包含導(dǎo)電功能混合物，所述導(dǎo)電功能混合物由金屬與金屬氧化物組成，該金屬氧化物作為填充材料，以該金屬作為主體，以提升拉力；其中該金屬包含銀，其中該金屬氧化物重量百分比為O. 5至5% ;該金屬氧化物包含氧化鋁、氧化銅、氧化鋅、氧化鋯、氧化硅或以上的任意組合。金屬氧化物的金屬為2-4價(jià)金屬?？蛇x擇性包含外層部，大致上覆蓋于填充材料之部分表面上，其中該外層部至少包含金屬或合金以提升導(dǎo)電率。其中上述金屬氧化物之熔點(diǎn)大于燒結(jié)溫度。其中金屬氧化物包含金屬、合金于金屬氧化物之中；例如包含氧化鋁、氧化銅、氧化鋅、氧化鋯、氧化硅或以上之任意組合。其中導(dǎo)電組合物更包含玻璃、添加劑或以上之任意組合；更包含有機(jī)載體，上述之金屬氧化物、玻璃、添加劑混合于該有機(jī)載體之中。本發(fā)明還提供一種導(dǎo)電組合物，包含導(dǎo)電功能混合物，所述導(dǎo)電功能混合物由金屬與金屬氧化物組成，該金屬氧化物作為填充材料，以該金屬作為主體，以提升拉力；導(dǎo)電外層，大致上覆蓋于該填充材料的部分表面上，其中該填充材料的材料成本低于該導(dǎo)電外層部成本；其中該金屬氧化物包含氧化鋁、氧化銅、氧化鋅、氧化鋯、氧化硅或以上的任意組合；該金屬包含銀。本發(fā)明還提供一種用于太陽(yáng)能電池片的導(dǎo)電組合物，包含導(dǎo)電功能混合物，所述導(dǎo)電功能混合物由金屬與金屬氧化物組成，該金屬氧化物作為填充材料，以該金屬作為主體，以提升拉力；其中該金屬包含銀，其中該金屬氧化物重量百分比為O. 5至5% ;該金屬氧 化物包含氧化鋁、氧化銅、氧化鋅、氧化鋯、氧化硅或以上的任意組合。以上所述用以闡明本發(fā)明的目的、達(dá)成此目的的技術(shù)手段、以及其產(chǎn)生的優(yōu)點(diǎn)等等。而本發(fā)明可從以下較佳實(shí)施例的敘述并伴隨后附附圖及權(quán)利要求使讀者得以清楚了解。


為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖I為一種太陽(yáng)能電池硅基材結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖2為一種硅晶圓太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例中一種導(dǎo)電組合物的制作流程圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例中拉力測(cè)試圖；圖5-圖6為本發(fā)明實(shí)施例中以掃瞄式電子顯微鏡觀察得到的氧化鋁粉末微觀結(jié)構(gòu)圖；圖7-圖9為本發(fā)明實(shí)施例中以掃瞄式電子顯微鏡觀察得到的銀/氧化鋁(Ag/alumina)粒子微觀結(jié)構(gòu)圖；圖10-圖12為本發(fā)明實(shí)施例中以掃瞄式電子顯微鏡觀察得到的氧化鋁(alumina)粒子微觀結(jié)構(gòu)圖；圖13-圖18為本發(fā)明實(shí)施例中燒結(jié)時(shí)正面朝上或朝下的拉力示意圖。主要組件符號(hào)說(shuō)明10硅基材11銀電極12鋁電極20焊接帶 30銀電極-硅基材界面40銀電極-鋁電極界面
50鋁電極-硅基材界面100硅晶圓太陽(yáng)能電池101 第一電極102 P-N半導(dǎo)體層103 第二電極110、111、112 步驟
具體實(shí)施方式
本發(fā)明將配合其較佳實(shí)施例與隨附的附圖詳述于下。應(yīng)可理解者為本發(fā)明中所有的較佳實(shí)施例僅為例示之用，并非用以限制。因此除文中的較佳實(shí)施例外，本發(fā)明亦可廣泛地應(yīng)用在其它實(shí)施例中。且本發(fā)明并不受限于任何實(shí)施例，應(yīng)以隨附的權(quán)利要求及其同等領(lǐng)域而定。以下，將搭配參照相應(yīng)的附圖，詳細(xì)說(shuō)明依照本發(fā)明的較佳實(shí)施例。關(guān)于本發(fā)明新穎概念之更多觀點(diǎn)以及優(yōu)點(diǎn)，將在以下的說(shuō)明提出，并且使熟知或具有此領(lǐng)域通常知識(shí)者可了解其內(nèi)容并且據(jù)以實(shí)施。如圖I所示，其顯示一種硅晶圓太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)的剖面圖。此硅晶圓太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)僅為本發(fā)明的一實(shí)施例，并非用以限制本發(fā)明之硅晶圓太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)及其形成方法。如圖2所不,娃晶圓太陽(yáng)能電池100包含一第一電極101、第二電極103以及一 P-N半導(dǎo)體層102,兩個(gè)電極都具導(dǎo)電性,其中至少有一個(gè)電極為透明材料。第一電極101的第一表面包含一 P-N半導(dǎo)體層(102)。第一電極101 (可稱為工作電極或半導(dǎo)體電極)可包含任何具導(dǎo)電性的材料。舉例而言，第一電極101可以是玻璃或PET、PEN塑料鍍上鍍氧化銦錫(ITO)或氧化氟錫(FTO)；或者是使用導(dǎo)電性高分子亦可。第二電極103(可稱為逆電極)可包括任何具有導(dǎo)電性質(zhì)的材料。第二電極包括一導(dǎo)電基板，其包括至少一種選自氧化銦錫(ITO)、氧化氟錫(FTO)、鍍鈦金屬薄片、氧化鋅、三氧化二鎵或三氧化二鋁、錫基氧化物及其組合之材料。舉一實(shí)施例而言，第一電極101與第二電極103的材料為透明材料與非透明材料的任意組合。須知本發(fā)明的導(dǎo)電組合物可以適用于任何型態(tài)的硅晶圓太陽(yáng)能電池的正面或背面，也就是本發(fā)明所揭露的導(dǎo)電組合物可適用于正面或背面電極。不論何者，以背面電極做一實(shí)施例說(shuō)明，本發(fā)明揭露一種導(dǎo)電組合物，可適用上述背面電極之材料與制作方法。其包含導(dǎo)電功能混合物，由金屬與金屬氧化物組成，金屬氧化物作為填充材料(filler)，以金屬作為主體，以提升拉力；金屬氧化物的金屬為2-4價(jià)金屬。外層部，可以選擇性的大致上覆蓋于填充材料的部分表面上，其中外層部至少包含金屬或合金以提升導(dǎo)電率。其中上述金屬氧化物之熔點(diǎn)大于燒結(jié)溫度。其中該填充材料的重量百分比為:Γ5。當(dāng)具有外層部涂布的金屬氧化物導(dǎo)電顆粒經(jīng)過(guò)制程加溫處理后，其表面的外層部將會(huì)流竄于金屬氧化物之間，填補(bǔ)空隙，其可以提升導(dǎo)電組合物間的結(jié)合力；且可以提升導(dǎo)電率而降低阻抗。再者，其中填充材料、外層部的材料可以選擇成本低于主體成本，如此可以達(dá)到以低成本材質(zhì)取代高成本核心,又可以增加拉力與導(dǎo)電率。底下將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明之導(dǎo)電組合物的制造方法作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。如圖3所示，其顯示本發(fā)明的用于太陽(yáng)能電池中的導(dǎo)電組合物的制作流程圖。首先，于步驟110中，將具表面導(dǎo)電涂布的填充材料、銀粒、玻璃融塊及添加劑添加到一有機(jī)載體中。其中粒徑形狀包含片狀、球形、柱狀、塊狀或符合尺寸的無(wú)特定形狀。粒徑尺寸范圍為O. f 10微米(um)。上述有機(jī)載體可以選用氫氧丙基纖維素(HPC)、聚乙烯乙二醇(PEG)、聚乙烯氧化物(PEO)、聚乙烯醇(PVA)或聚乙烯吡喀酮(PVP)或其它高分子樹(shù)脂等。有機(jī)載體可以改善填充材料、銀粒的分散性，并且進(jìn)一步地增加對(duì)基板的黏著性。之后，于步驟111中，利用混合器先行預(yù)混，例如是利用強(qiáng)力攪拌、超音波震蕩(約5^10分鐘)或均質(zhì)機(jī)等方式以混合預(yù)分散溶液與有機(jī)載體，即混合填充材料、銀粒、玻璃融塊及添加劑與有機(jī)載體。最后，于步驟112中，利用三滾筒機(jī)進(jìn)行分散研磨，以制備成銀漿料，此即形成導(dǎo)電組合物。形成的氧化招，如圖5-圖6所不，其為掃貓式電子顯微鏡(scanning electronmicroscope SEM)之下的粒子微觀結(jié)構(gòu)圖。圖7-圖9為以掃貓式電子顯微鏡觀察得到的銀/氧化鋁(Ag/alumina)粒子微觀結(jié)構(gòu)圖。圖10-圖12為系以掃瞄式電子顯微鏡觀察得到的氧化招(alumina)粒子微觀結(jié)構(gòu)圖。其中圖7顯示銀/氧化鋁粉末于不同頻譜的粒子微觀結(jié)構(gòu)圖。
權(quán)利要求
1.一種導(dǎo)電組合物，其特征在于包含導(dǎo)電功能混合物，所述導(dǎo)電功能混合物由金屬與金屬氧化物組成，該金屬氧化物作為填充材料，以該金屬作為主體，以提升拉力；其中該金屬包含銀，其中該金屬氧化物重量百分比為O. 5至5% ;該金屬氧化物包含氧化鋁、氧化銅、氧化鋅、氧化鋯、氧化硅或以上的任意組合。
2.如權(quán)利要求I所述的導(dǎo)電組合物，其特征在于該銀重量百分比小于或等于50%。
3.如權(quán)利要求I所述的導(dǎo)電組合物，其特征在于該氧化鋁重量百分比為2至4%。
4.如權(quán)利要求I或2或3所述的導(dǎo)電組合物，其特征在于該金屬氧化物的熔點(diǎn)大于燒結(jié)溫度。
5.如權(quán)利要求4所述的導(dǎo)電組合物，其特征在于還包含玻璃、添加劑；上述的金屬氧化物、玻璃、添加劑混合于有機(jī)載體之中。
6.一種導(dǎo)電組合物，其特征在于包含導(dǎo)電功能混合物，所述導(dǎo)電功能混合物由金屬與金屬氧化物組成，該金屬氧化物作為填充材料，以該金屬作為主體，以提升拉力；導(dǎo)電外層，大致上覆蓋于該填充材料的部分表面上，其中該填充材料的材料成本低于該導(dǎo)電外層部成本；其中該金屬氧化物包含氧化鋁、氧化銅、氧化鋅、氧化鋯、氧化硅或以上的任意組合；該金屬包含銀。
7.如權(quán)利要求6所述的導(dǎo)電組合物，其特征在于該銀重量百分比小于或等于50%。
8.如權(quán)利要求6所述的導(dǎo)電組合物，其特征在于該金屬氧化物之熔點(diǎn)大于燒結(jié)溫度。
9.如權(quán)利要求6所述的導(dǎo)電組合物，其特征在于還包含玻璃、添加劑；上述之填充材質(zhì)、玻璃、添加劑混合于有機(jī)載體之中。
10.如權(quán)利要求6所述的導(dǎo)電組合物，其特征在于該氧化鋁重量百分比為2至4%。
11.一種用于太陽(yáng)能電池片的導(dǎo)電組合物，其特征在于包含導(dǎo)電功能混合物，所述導(dǎo)電功能混合物由金屬與金屬氧化物組成，該金屬氧化物作為填充材料，以該金屬作為主體，以提升拉力；其中該金屬包含銀，其中該金屬氧化物重量百分比為O. 5至5%;該金屬氧化物包含氧化鋁、氧化銅、氧化鋅、氧化鋯、氧化硅或以上的任意組合。
12.如權(quán)利要求11所述的用于太陽(yáng)能電池片的導(dǎo)電組合物，其特征在于該銀重量百分比小于或等于50%。
13.如權(quán)利要求11或12所述的用于太陽(yáng)能電池片的導(dǎo)電組合物，其特征在于該金屬氧化物的熔點(diǎn)大于燒結(jié)溫度。
14.如權(quán)利要求13所述的用于太陽(yáng)能電池片的導(dǎo)電組合物，其特征在于還包含玻璃、添加劑；上述的金屬氧化物、玻璃、添加劑混合于有機(jī)載體之中。
15.如權(quán)利要求11所述的用于太陽(yáng)能電池片的導(dǎo)電組合物，其特征在于該氧化鋁重量百分比為2至4%。
全文摘要
本發(fā)明提供一種導(dǎo)電組合物，包含導(dǎo)電功能混合物，由金屬與金屬氧化物組成，金屬氧化物作為填充材料，金屬作為主體；外層部，大致上覆蓋于至少部分該填充材料之部分表面上，其中該外層部至少包含銀或銅。
文檔編號(hào)H01B1/16GK102903418SQ20121026973
公開(kāi)日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月29日
發(fā)明者戴國(guó)勛, 李彌涵, 鄭仲杰, 陳星君 申請(qǐng)人:碩禾電子材料股份有限公司