形成太陽(yáng)電池電極的組成物及使用其制造的電極的制作方法
【專利摘要】本文涉及一種形成太陽(yáng)電池電極的組成物。所述組成物包含：銀粉；氧化鉍-氧化碲-氧化鎢-氧化鋅型的玻璃料；以及有機(jī)媒劑，其中玻璃料包含：約40wt％至約60wt％的氧化鉍；約0.25wt％至約15wt％的氧化碲；約10wt％至約20wt％的氧化鎢；以及約2wt％至約20wt％的氧化鋅。由用于形成太陽(yáng)電池電極的組成物形成的太陽(yáng)電池電極展現(xiàn)與條帶的優(yōu)良黏合強(qiáng)度以及由于將串聯(lián)電阻(Rs)最小化而展現(xiàn)高轉(zhuǎn)換效率。
【專利說明】形成太陽(yáng)電池電極的組成物及使用其制造的電極

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)電池電極用組成物、以及使用太陽(yáng)電池電極用組成物制造的 電極。

【背景技術(shù)】
[0002] 太陽(yáng)電池使用p-n接面的光伏打效應(yīng)（photovoltaic effect)來(lái)產(chǎn)生電能，p-n接 面的光伏打效應(yīng)將陽(yáng)光的光子轉(zhuǎn)換成電。在太陽(yáng)電池中，前電極（front electrode)以及 后電極（rear electrode)分別形成于具有p-n接面的半導(dǎo)體晶圓或基板的上表面以及下 表面上。接著，由進(jìn)入半導(dǎo)體晶圓的陽(yáng)光引發(fā)p-n接面的光伏打效應(yīng)，且由p-n接面的光伏 打效應(yīng)產(chǎn)生的電子將電流經(jīng)由電極而提供至外部。藉由涂覆、圖案化以及烘烤電極用組成 物而將太陽(yáng)電池的電極形成于晶圓上。
[0003] 連續(xù)地縮減發(fā)射極厚度（emitter thickness)以改良太陽(yáng)電池效率可造成分流 (shunting)，其可使太陽(yáng)電池效能劣化。此外，已逐漸地增加太陽(yáng)電池的面積以達(dá)成高效 率。然而，在此狀況下，可存在歸因于太陽(yáng)電池的接觸電阻增加的效率劣化問題。
[0004] 太陽(yáng)電池是藉由條帶（ribbon)而彼此連接以構(gòu)成太陽(yáng)電池組（solar cell battery)。在此狀況下，電極與條帶之間的低黏合性可造成大的串聯(lián)電阻（serial resistance)、以及轉(zhuǎn)換效率的劣化。本發(fā)明的
【發(fā)明者】已基于如下事實(shí)而開發(fā)一種太陽(yáng)電池 用組成物：使用包含鉛玻璃料的典型組成物制造的太陽(yáng)電池電極展現(xiàn)關(guān)于條帶的不足的黏 合強(qiáng)度（adhesive strength)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種用于太陽(yáng)電池電極的組成物，其對(duì)于條帶（ribbon)具 有優(yōu)良黏合強(qiáng)度。
[0006] 本發(fā)明的另一目的是提供一種用于太陽(yáng)電池電極的組成物，其可將串聯(lián)電阻（Rs) 最小化。
[0007] 本發(fā)明的另一目的是提供一種用于太陽(yáng)電池電極的組成物，其具有高轉(zhuǎn)換效率。
[0008] 本發(fā)明的上述以及其他目的將藉由以下描述的本發(fā)明來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0009] 技術(shù)手段
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)態(tài)樣，一種太陽(yáng)電池電極用組成物包含：銀粉（silver powder);氧化秘-氧化締-氧化鶴-氧化鋅型的玻璃料（bismuth oxide-tellurium oxide-tungsten oxide-zinc oxide-based glass frit)；以及有機(jī)媒劑(organic vehicle)，其中玻璃料包含：約40重量百分比（wt%)至約60wt%的氧化秘；約0. 25wt%至 約15?1:(%的氧化締；約1〇￥1:(%至約2〇￥1: (%的氧化鶴；以及約2￥1:(%至約2〇￥1:(%的氧化鋅。
[0011] 玻璃料可還包含選自由以下各個(gè)組成的群組的至少一金屬氧化物：氧化鋰 (Li2O)、氧化釩（V 2O5)、氧化磷（P2O5)、氧化鎂（MgO)、氧化鈰（CeO 2)、氧化硼（B2O3)、氧化鍶 (SrO)、氧化鑰（MoO 3)、氧化鈦（TiO2)、氧化錫（SnO)、氧化銦（In2O3)、氧化鋇（BaO)、氧化鎳 (NiO)、氧化銅（Cu2O 或 CuO)、氧化鈉（Na2O)、氧化鉀（K2O)、氧化銻（Sb2O 3、Sb2O4 或 Sb2O5)、氧 化鍺（GeO2)、氧化鎵（Ga2O3)、氧化鈣（CaO)、氧化砷（As 2O3)、氧化鈷（CoO或Co2O3)、氧化鋯 (ZrO 2)、氧化錳（MnO、Mn2O3 或 Mn3O4)、以及氧化鋁（Al2O3)。
[0012] 組成物可包含：約60wt %至約95wt %的銀粉；約0· 5wt %至約20wt %的氧化 秘-氧化締-氧化鶴-氧化鋅型的玻璃料；以及約lwt%至約30wt%的有機(jī)媒劑。
[0013] 玻璃料可具有0. 1 μ m至10 μ m的平均粒徑（D50)。
[0014] 組成物可還包含選自由以下各個(gè)組成的群組的至少一添加劑：分散劑 (dispersant)、觸變劑（thixotropic agent)、塑化劑（plasticizer)、粘度穩(wěn)定劑 (viscosity stabilizer)、消泡劑（anti-foaming agent)、顏料（pigment)、紫外線穩(wěn)定劑 (UV stabilizer)、抗氧化劑（antioxidant)、以及稱合劑（coupling agent)。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的另一態(tài)樣，提供一種使用太陽(yáng)電池電極用組成物形成的太陽(yáng)電池電 極。
[0016] 有益效果
[0017] 使用本發(fā)明的太陽(yáng)電池電極用組成物形成的太陽(yáng)電池電極對(duì)于條帶具有優(yōu)良黏 合強(qiáng)度且將串聯(lián)電阻最小化，因此提供了優(yōu)良的轉(zhuǎn)換效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 圖1為使用根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的組成物制造的太陽(yáng)電池的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0019] 太陽(yáng)電池電極用纟目成物
[0020] 根據(jù)本發(fā)明的太陽(yáng)電池電極用組成物包含：銀粉；氧化鉍-氧化碲-氧化鎢-氧化 鋅型的玻璃料；以及有機(jī)媒劑。組成物展現(xiàn)關(guān)于將太陽(yáng)電池彼此連接的條帶的高黏合性，且 使串聯(lián)電阻（Rs)最小化，藉此提供優(yōu)良轉(zhuǎn)換效率。
[0021] 現(xiàn)在，將更詳細(xì)地描述本發(fā)明。
[0022] ⑷銀粉
[0023] 根據(jù)本發(fā)明的太陽(yáng)電池電極用組成物包含銀粉作為導(dǎo)電粉（conductive powder)。銀粉的粒度（particle size)可處于納米或微米尺度。舉例而言，銀粉的粒度可 為數(shù)十納米至數(shù)百納米，或數(shù)微米至數(shù)十微米?；蛘撸y粉可為具有不同粒度的兩種或兩種 以上類型的銀粉的混合物。
[0024] 銀粉可具有球形、片狀或非晶形形狀。
[0025] 銀粉的平均粒徑（D50)較佳地為約0. Ιμπι至約ΙΟμπι，更佳地為約0. 5μπι至 約5 μ m。在經(jīng)由超音波處理（ultrasonication)而使導(dǎo)電粉在25 ?下分散于異丙醇 (isopropyl alcohol，ΙΡΑ)中歷時(shí)3分鐘之后，可使用（例如）Model 1064D(CILAS有限公 司）來(lái)量測(cè)平均粒徑。在此平均粒徑范圍內(nèi)，組成物可提供低接觸電阻及低線路電阻。
[0026] 基于組成物的總重量，銀粉可以約60wt%至約95wt%的量存在。在此范圍內(nèi)，導(dǎo) 電粉可防止歸因于電阻增加的轉(zhuǎn)換效率劣化。有利地，導(dǎo)電粉是以約70wt%至約90wt%的 量存在。
[0027] (B)氧化鉍-氧化碲-氧化鎢-氧化鋅型的玻璃料
[0028] 玻璃料用來(lái)藉由蝕刻抗反射層（anti-reflection layer)及使銀粉烙融，以增強(qiáng) 導(dǎo)電粉與晶圓或基板之間的黏合性且在發(fā)射極區(qū)（emitter region)中形成銀晶粒（silver crystal grain),以便在電極膏（electrode paste)的烘烤制程（baking process)期間減 少接觸電阻。另外，在烘烤制程期間，玻璃料軟化，且減低烘烤溫度。
[0029] 當(dāng)增加面積或太陽(yáng)電池以便改良太陽(yáng)電池效率時(shí)，可存在太陽(yáng)電池的接觸電阻增 加的問題。因此，有必要使串聯(lián)電阻（Rs)及對(duì)p-n接面的影響最小化。此外，由于隨著愈 來(lái)愈多地使用具有不同薄層電阻（sheet resistance)的各種晶圓而使烘烤溫度在廣泛范 圍內(nèi)變化，故需要使玻璃料保證足夠的熱穩(wěn)定性以耐受廣泛范圍的烘烤溫度。
[0030] 太陽(yáng)電池是藉由條帶而彼此連接以構(gòu)成太陽(yáng)電池組。在此狀況下，太陽(yáng)電池電 極與條帶之間的低黏合強(qiáng)度可造成電池分離，或可靠性劣化。在本發(fā)明中，為了確保太 陽(yáng)電池具有諸如黏合強(qiáng)度的理想電性及物理性，使用氧化鉍-氧化碲-氧化鎢-氧化鋅 (Bi 2O3-TeO2-WO3-ZnO)型的無(wú)鉛玻璃料。
[0031] 在本發(fā)明中，氧化鉍-氧化碲-氧化鎢-氧化鋅型的玻璃料可包含：約40wt%至 約60界1: (%的氧化秘；約0.25￥1:(%至約15￥1:(%的氧化締 ；約1〇￥1:(%至約2〇￥1:(%的氧化鶴；以 及約2wt %至約20wt %的氧化鋅。在此范圍內(nèi)，玻璃料可保證優(yōu)良黏合強(qiáng)度以及優(yōu)良轉(zhuǎn)換 效率兩者。
[0032] 在一個(gè)實(shí)施例中，氧化鉍-氧化碲-氧化鎢-氧化鋅型的玻璃料可還包含選自由 以下各個(gè)組成的群組的至少一金屬氧化物：氧化鋰（Li 2O)、氧化釩（V2O5)、氧化磷（P2O5)、氧 化鎂（MgO)、氧化鋪（CeO 2)、氧化硼（B2O3)、氧化銀（SrO)、氧化鑰（MoO3)、氧化鈦（TiO 2)、氧化 錫（SnO)、氧化銦（In2O3)、氧化鋇（BaO)、氧化鎳（NiO)、氧化銅（Cu 2O或CuO)、氧化鈉（Na2O)、 氧化鉀（K2O)、氧化鋪（Sb 2O3、Sb2O4或Sb2O 5)、氧化鍺（GeO2)、氧化鎵（Ga2O3)、氧化興（CaO)、 氧化砷（As 2O3)、氧化鈷（CoO或Co2O3)、氧化鋯（ZrO 2)、氧化錳（MnCKMn2O3或Mn3O4)、以及氧 化鋁（Al 2O3)。
[0033] 可藉由任何典型方法而自此類金屬氧化物制備玻璃料。舉例而言，可以預(yù)定比例 來(lái)混合金屬氧化物。可使用球磨機(jī)（ball mill)或行星式乳機(jī)（planetary mill)來(lái)進(jìn)行 混合。使所混合的組成物在約900°C至約1300°C下熔融，接著驟冷至約25°C。使所得的材 料經(jīng)受使用盤磨機(jī)（disk mill)、行星式乳機(jī)或其類似者粉碎（pulverization),藉此提供 玻璃料。
[0034] 玻璃料可具有約0. 1 μ m至約10 μ m的平均粒徑D50,且基于組成物的總量，玻璃料 可以約0. 5wt%至約20wt%的量存在。玻璃料可具有球形或非晶形形狀。
[0035] (C)有機(jī)媒劑
[0036] 有機(jī)媒劑經(jīng)由與太陽(yáng)電池電極用組成物的無(wú)機(jī)組份的機(jī)械混合而賦予適合于印 刷的粘度及流變特性于膏組成物。
[0037] 有機(jī)媒劑可為用于太陽(yáng)電池電極用組成物的任何典型有機(jī)媒劑，且可包含粘合劑 樹脂（binder resin)、溶劑以及其類似者。
[0038] 粘合劑樹脂可選自丙烯酸酯樹脂（acrylate resin)或纖維素樹脂（cellulose resin)。乙基纖維素通常用作粘合劑樹脂。此外，粘合劑樹脂可選自以下各個(gè)：乙基羥乙基 纖維素、硝化纖維素、乙基纖維素與酚樹脂的摻合物、醇酸樹脂（alkyd)、酚、丙烯酸酯、二甲 苯、聚丁烷、聚酯、脲、三聚氰胺、乙酸乙烯酯樹脂、木松香、乙醇的聚甲基丙烯酸酯、以及其 類似者。
[0039] 溶劑可選自由（例如）以下各個(gè)組成的群組：己烷、甲苯、乙基溶纖劑、環(huán)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 醋酸酯（二乙二醇單丁醚醋酸酯）、丙二醇單甲醚、己二醇、松脂醇（terpineol)、甲基乙基 酮、卡醇（benzylalcohol)、Y-丁內(nèi)酯、乳酸乙酯、以及其組合。
[0040] 基于組成物的總重量，有機(jī)媒劑可以約lwt%至約30wt%的量存在。在此范圍內(nèi)， 有機(jī)媒劑可向組成物提供足夠黏合強(qiáng)度以及優(yōu)良印刷性。
[0041] (D)添加劑
[0042] 按需要，組成物可還包含典型添加劑以增強(qiáng)流動(dòng)性、制程性以及穩(wěn)定性。添加劑可 包含分散劑、觸變劑、塑化劑、粘度穩(wěn)定劑、消泡劑、顏料、紫外線穩(wěn)定劑、抗氧化劑、耦合劑、 以及其類似者，但不限于此等添加劑。此等添加劑可被單獨(dú)地使用，或作為其混合物而使 用。此等添加劑可以約0. lwt%至約5wt%的量存在于組成物中，但此量可按需要而改變。
[0043] 太陽(yáng)電池電極以及何含太陽(yáng)電池電極的太陽(yáng)電池
[0044] 本發(fā)明的其他態(tài)樣是關(guān)于一種由太陽(yáng)電池電極用組成物形成的電極以及一種包 含所述電極的太陽(yáng)電池。圖1展示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的太陽(yáng)電池。
[0045] 參看圖1，可藉由將組成物印刷于晶圓或基板100上且烘烤組成物而形成后電極 210以及前電極230,晶圓或基板100包含p型層101以及η型層102，n型層102將充當(dāng)發(fā) 射極。舉例而言，藉由將組成物印刷于晶圓的后表面上且在約200°C至約400°C下干燥所印 刷的組成物歷時(shí)約10秒至60秒而進(jìn)行用于制備后電極的初步制程。另外，可藉由將膏印 刷于晶圓的前表面上且干燥所印刷的組成物而進(jìn)行用于制備前電極的初步制程。接著，可 藉由在約400°C至約950°C下（較佳地在約850°C至約950°C下）烘烤晶圓歷時(shí)約30秒至 50秒而形成前電極以及后電極。
[0046] 接著，將參考實(shí)例來(lái)更詳細(xì)地描述本發(fā)明。然而，應(yīng)注意，此等實(shí)例是僅出于說明 起見而被提供，且不應(yīng)以任何方式被認(rèn)作限制本發(fā)明。
[0047] SM
[0048] 實(shí)例 1
[0049] 根據(jù)表1中列出的組成物而混合金屬氧化物，且使金屬氧化物在900°C至1400°C 下經(jīng)受熔融以及燒結(jié)，藉此制備平均粒徑（D50)為1.7μπι的氧化鉍-氧化碲-氧化鎢-氧 化鋅型的玻璃料。
[0050] 作為有機(jī)粘合劑，將0. 8wt %的乙基纖維素（STD4,陶氏化學(xué)公司（Dow Chemical Company))在60°C下足夠地溶解于9. Owt%的丁基卡必醇中，且將平均粒徑為2. Ομπι 的86wt %的球形銀粉（AG-4-8,同和高科技有限公司（Dowa Hightech Co. Ltd))、 3. 5wt %的所制備的氧化鉍-氧化碲-氧化鎢-氧化鋅型的玻璃料、0. 2wt %的分散劑 BYK102 (BYK-chemie)以及 0.5wt % 的觸變劑 Thixatrol ST (海名斯有限公司（Elementis Co. Ltd.))添加至粘合劑溶液，接著在3輥捏合機(jī)中進(jìn)行混合以及捏合，藉此制備太陽(yáng)電池 電極用組成物。
[0051] 藉由以預(yù)定圖案進(jìn)行網(wǎng)狀印刷（screen-printing)而將所制備的組成物沈積于 結(jié)晶單晶圓的前表面上方，接著在紅外線（IR)干燥爐中進(jìn)行干燥。接著，將包含鋁的電極 用組成物印刷于晶圓的后側(cè)上，且以相同方式進(jìn)行干燥。使根據(jù)此程序形成的電池在帶式 烘烤爐（belt-type baking furnace)中于910°C下經(jīng)受烘烤歷時(shí)40秒，且使用太陽(yáng)電池效 率測(cè)試器CT-801(潘沙有限公司（Pasan Co. Ltd.))來(lái)評(píng)估電池的轉(zhuǎn)換效率（％)、串聯(lián)電 阻Rs(mQ)以及開路電壓（Voc)。接著，將助熔劑涂覆至電池的電極，且使用烙鐵（京業(yè)有 限公司（Hakko Co.Ltd·))而在30(TC至40(TC下結(jié)合至條帶。接著，使用張力器（Tinius Olsen)以180°的剝落角度以及50mm/min的拉伸速率來(lái)評(píng)估生成物的黏合強(qiáng)度（N/mm)。 表1中展示所量測(cè)的轉(zhuǎn)換效率、串聯(lián)電阻、開路電壓以及黏合強(qiáng)度。
[0052] 實(shí)例2至5以及比較例1至9
[0053] 除了以如表1中列出的組成物來(lái)制備玻璃料之外，以與實(shí)例1中的方式相同的方 式來(lái)制備太陽(yáng)電池電極用組成物，且以與實(shí)例1中的方式相同的方式來(lái)評(píng)估太陽(yáng)電池電極 用組成物的物理屬性。表1中展示結(jié)果。
[0054] 表 1
[0055]

【權(quán)利要求】
1. 一種太陽(yáng)電池電極用組成物，包含：銀粉；氧化鉍-氧化碲-氧化鎢-氧化鋅型的玻 璃料；以及有機(jī)媒劑，其中所述玻璃料包含：約40wt%至約60wt%的氧化秘；約0. 25wt% 至約15wt%的氧化締；約10wt%至約20wt%的氧化鶴；以及約2wt%至約20wt%的氧化 鋅。
2. 如權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)電池電極用組成物，其中所述玻璃料還包含選自由以下各 個(gè)組成的群組的至少一金屬氧化物：氧化鋰（Li20)、氧化釩（V205)、氧化磷（P 205)、氧化鎂 (MgO)、氧化鋪（Ce02)、氧化硼（B203)、氧化銀（SrO)、氧化鑰（M〇0 3)、氧化鈦（Ti02)、氧化錫 (SnO)、氧化銦（ln203)、氧化鋇（BaO)、氧化鎳（NiO)、氧化銅（Cu 20或CuO)、氧化鈉（Na20)、 氧化鉀（K20)、氧化鋪（Sb203、Sb20 4或Sb205)、氧化鍺（Ge02)、氧化鎵（Ga 203)、氧化興（CaO)、 氧化砷（As203)、氧化鈷（C〇0或C〇203)、氧化鋯（Zr0 2)、氧化錳（Mn0、Mn203或Mn304)、以及氧 化鋁（A1203)。
3. 如權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)電池電極用組成物，包含：約60wt%至約95wt%的所述銀 粉；約0. 5wt%至約20wt%的所述氧化秘-氧化締-氧化鶴-氧化鋅型的玻璃料；以及約 lwt%至約30wt%的所述有機(jī)媒劑。
4. 如權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)電池電極用組成物，其中所述玻璃料具有約0. 1 U m至約 10 y m的平均粒徑（D50)。
5. 如權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)電池電極用組成物，還包含選自由以下各個(gè)組成的群組的 至少一個(gè)：分散劑、觸變劑、塑化劑、粘度穩(wěn)定劑、消泡劑、顏料、紫外線穩(wěn)定劑、抗氧化劑、以 及耦合劑。
6. -種太陽(yáng)電池電極，由權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的太陽(yáng)電池電極用組成物制備。
【文檔編號(hào)】H01B1/22GK104412332SQ201380035008
【公開日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2013年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月27日
【發(fā)明者】金東奭, 金珉載, 鄭錫鉉, 申?yáng)|一, 崔永郁 申請(qǐng)人:第一毛織株式會(huì)社