本發(fā)明是關(guān)于一種用于形成太陽電池電極的組成物及使用所述用于形成太陽電池電極的組成物制造的太陽電池電極。

背景技術(shù)：

太陽電池使用將日光的光子(photon)轉(zhuǎn)化成電的pn接面的光電效應來產(chǎn)生電能。在太陽電池中，分別在具有pn接面的半導體晶圓或基板的上部表面以及下部表面上形成前電極以及背電極。通過進入半導體晶圓的日光來誘發(fā)pn接面處的光伏效應，且白其產(chǎn)生的電子提供經(jīng)由電極流動至外部的電流。太陽電池的電極可通過涂覆、圖案化以及烘烤用于形成太陽電池電極的組成物而形成于晶圓的表面上。

印刷用于形成太陽電池電極的組成物于基板上的方法主要可分類為凹版轉(zhuǎn)印(gravure-offset printing)方法及網(wǎng)版印刷方法。在凹版轉(zhuǎn)印方法的狀況下，組成物的粘度、干燥性質(zhì)以及粘性具有極大影響；且在網(wǎng)版印刷方法的狀況下，組成物的流變性質(zhì)或觸變性(thixotrophy)具有大影響。因此，當形成太陽電池電極時，使用用于形成可實施具有精細線寬的經(jīng)印刷圖案且具有高長寬比的太陽電池電極的組成物為重要的。

韓國早期公開專利公開案第2011-0040713號揭示一種使用塑化劑控制用于形成太陽電池電極的組成物的調(diào)平性質(zhì)及觸變性質(zhì)以實現(xiàn)窄線寬及高長寬比(aspect ratio)的方法。韓國早期公開專利公開案第2010-0069950號揭示一種使用凹版轉(zhuǎn)印方法的技術(shù)，在所述技術(shù)中，具有高玻璃轉(zhuǎn)化溫度(Tg)的粘合劑用作第二電極以獲得高長寬比；且韓國早期公開專利公開案第2007-0055489號揭示一種通過經(jīng)由銀(Ag)粉末的直徑控制觸變(TI)性質(zhì)來改良線寬及長寬比的技術(shù)。然而，存在對用于實施精細線寬及高長寬比的上述現(xiàn)有技術(shù)的限制。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

技術(shù)問題

本發(fā)明的目標為提供一種用于形成可實施精細線寬的太陽電池電極的組成物。

本發(fā)明的另一目標為提供一種用于形成具有極好轉(zhuǎn)化效率的太陽電池電極的組成物。

本發(fā)明的又一目標為提供一種包含用于形成太陽電池電極的組成物的太陽電池電極。

本發(fā)明的所有目標可通過將在下文中描述的本發(fā)明達成。

技術(shù)的解決方案

本發(fā)明的實施例是關(guān)于一種用于形成太陽電池電極的組成物，所述組成物包含導電粉末、玻璃料以及有機媒劑，且具有由以下算式1表示的約60％至約90％的黏性(tackiness)。

[算式1]

黏性(tackiness)(％)＝{(A-B)/A}×100

在[算式1]中，A表示當通過施加外力使一對圓形板彼此脫離時所量測的剪應力(shear stress)的最小剪應力值(minimum shear stress)，所述圓形板具有25mm的直徑且通過用于形成太陽電池電極的組成物的介質(zhì)平行于彼此的層壓，且B表示在剪應力的相對于板之間的間隙的瞬時改變速率(d(剪應力)/d(間隙))為0.05的點處的剪應力值。

組成物可包含約50重量％至約90重量％的導電粉末；約1重量％至約15重量％的玻璃料；以及約5重量％至約40重量％的有機媒劑。

組成物可還包含具有約40mN/m至約65mN/m的表面張力的表面張力改質(zhì)劑。

表面張力改質(zhì)劑可包含由以下各者所構(gòu)成的族群中選出的一種或多種化合物：乙二醇、二甘醇、三乙二醇、四乙二醇、聚乙二醇、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、1，5-戊二醇、碳酸伸丙酯、甲酰胺、甘油以及糠醛。

表面張力改質(zhì)劑可以用于形成太陽電池電極的組成物的約0.1重量％至約40重量％的量而包含。

導電粉末可包含由以下各者所構(gòu)成的族群中選出的一種或多種：銀(Ag)、金(Au)、鈀(Pd)、鉑(Pt)、銅(Cu)、鉻(Cr)、鈷(Co)、鋁(A1)、錫(Sn)、鉛(Pb)、鋅(Zn)、鐵(Fe)、銥(Ir)、鋨(Os)、銠(Rh)、鎢(W)、鉬(Mo)、鎳(Nickel)以及ITO(氧化銦錫)。

玻璃料可包含含鉛玻璃料、無鉛玻璃料或其混合物。

玻璃料可具有約0.1μm至約5μm的平均粒徑(D50)。

組成物可更包含由以下各者所構(gòu)成的族群中選出的一種或多種：分散劑、塑化劑、粘度穩(wěn)定劑、抗起泡劑、顏料、UV穩(wěn)定劑、抗氧化劑以及偶合劑。

組成物可具有可在約65％至約90％的范圍內(nèi)的由算式1表示的黏性(tackiness)。

本發(fā)明的另一實施例是關(guān)于一種使用用于形成太陽電池電極的組成物所制造的太陽電池電極。

有益效果

本發(fā)明的用于形成太陽電池電極的組成物可實施具有精細線寬的經(jīng)印刷圖案且具有極好轉(zhuǎn)化效率。

附圖說明

圖1為展示根據(jù)間隙在通過施加外力使一對圓形板彼此脫離時所量測的剪應力值的曲線圖，所述圓形板具有25mm的直徑且通過用于形成太陽電池電極的組成物的介質(zhì)平行于彼此的層壓。

圖2為根據(jù)本發(fā)明的實例的示意性地說明太陽電池的結(jié)構(gòu)的概念圖。

具體實施方式

用于形成太陽電池電極的組成物

本發(fā)明的用于形成太陽電池電極的組成物可具有由以下算式1表示的約60％至90％更特定言之約65％至90％的黏性(tackiness)：

[算式1]

黏性(tackiness)(％)＝{(A-B)/A}×100

在[算式1]中，A表示當通過施加外力使一對圓形板彼此脫離時所量測的剪應力(shear stress)的最小剪應力值(minimum shear stress)，所述圓形板具有25mm的直徑且通過用于形成太陽電池電極的組成物的介質(zhì)平行于彼此的層壓，且B表示在剪應力相對于板之間的間隙的瞬時改變速率(d(剪應力)/d(間隙))為0.05的點處的剪應力值。

圖1說明展示根據(jù)間隙(Gap)在通過施加外力使一對圓形板彼此脫離時所量測的剪應力(shear stress)的曲線圖，所述圓形板具有25mm的直徑且通過用于形成太陽電池電極的組成物的介質(zhì)平行于彼此的層壓。

在圖1的曲線圖中，x軸表示當通過所施加外力使圓形板彼此脫離時所述板之間的間隙(Gap)。施加外力之前的間隙為施加于所述板之間的用于形成太陽電池電極的組成物的厚度。y軸表示根據(jù)間隙(Gap)的剪應力值(shear stress)。用于量測粘性的板為具有25mm的直徑及2mm的厚度的不銹鋼，且供應在所述板之間的用于形成太陽電池電極的組成物的含量為20g。另外，在剪應力的量測期間，浸泡時間(Soak time)為10秒，持續(xù)時間(Duration time)為20秒，恒定線性速率(Constant linear rate)為1.0mm/s且最大間隙改變值(Maximum gap change)為100mm。

另外，在25℃的溫度及20％的濕度的條件下量測剪應力值。

在圖1的曲線圖中，a點為圓形板彼此脫離開始的點，且b點為剪應力相對于間隙的瞬時改變速率為0.05的點，其表示圓形板之間的分離實質(zhì)上完成的時刻。在b點之后，幾乎不存在自所述板之間的組成物層伸展的任何拖尾(tail)，且?guī)缀鯚o剪應力值的改變。

根據(jù)本發(fā)明，在[算式1]中，A表示圖1的曲線圖中的a點處的剪應力值(shear stress)，即在通過施加外力使一對圓形板彼此脫離時所量測的最小剪應力值(minimum shear stress)，所述圓形板已通過本發(fā)明的用于形成太陽電池電極的組成物層壓，且B表示在圖1的曲線圖中的b點處的剪應力值，即在剪應力相對于所述板之間的間隙的瞬時改變速率(d(剪應力)/d(間隙))為0.05的點處的剪應力值。

當由算式1表示的粘性在約60％至90％的范圍內(nèi)時，有可能印刷精細圖案且可獲得極佳轉(zhuǎn)化效率。當粘性小于約60％時，可能在印刷期間減小印刷遮罩上覆墨(flooding)的程度；且當粘性大于約90％時，圖案線可能因為可印刷性的降低而斷裂。

當將具有在前述范圍內(nèi)的粘性的本發(fā)明的用于形成太陽電池電極的組成物印刷在基板上(尤其使用網(wǎng)版印刷方法)時，印刷圖案的線寬可在約65μm至90μm的范圍內(nèi)，且線厚度可在約15μm至25μm的范圍內(nèi)。另外，為印刷圖案的線厚度與線寬的比率的長寬比(線厚度/線寬)可為約0.15或大于0.15，較佳地在約0.15至0.50的范圍內(nèi)；且更佳地為約0.20至0.40。當長寬比在此范圍內(nèi)時，可獲得極佳可印刷性。

本發(fā)明的用于形成太陽電池電極的組成物包含導電粉末(A)、玻璃料(B)以及有機媒劑(c)。此外，組成物可進一步選擇性地包含表面張力改質(zhì)劑(D)。組成物可在使用網(wǎng)版印刷方法印刷在晶圓基板上期間實施精細線寬，且使用所述組成物所制造的太陽電池電極具有極佳轉(zhuǎn)化效率。

在下文中，將詳細地描述形成用于形成太陽電池電極的組成物的各組分。

(A)導電粉末

具有導電性的有機材料或無機材料可被用作本發(fā)明中使用的導電粉末。較佳地，可使用銀(Ag)、金(Au)、鈀(Pd)、鉑(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(Nickel)或ITO(氧化銦錫)。這些導電粉末可單獨使用或作為其中兩種或超過兩種的混合物使用。導電粉末較佳地包含銀(Ag)粒子，且可還包含除銀(Ag)粒子以外的鎳(Ni)、鈷(Co)、鐵(Fe)、鋅(Zn)或銅(Cu)粒子。

導電粉末可具有約0.1μm至10μm較佳地約0.2μm至7μm且更佳地約0.5μm至5μm的平均粒徑(D50)。

可以按所述組成物的總重量計約50重量％至90重量％的量且較佳地以約70重量％至90重量％的量包含導電粉末。在此范圍內(nèi)，可防止由于電阻增大而造成的轉(zhuǎn)化速率的降低，可去除由于有機媒劑的量的相對降低而造成的形成漿料上的困難，且可獲得適合的分散性、流動性以及可印刷性。

(B)玻璃料

玻璃料(glass frit)起作用以通過蝕刻(etching)抗反射層且熔融銀粉末而在發(fā)射極區(qū)中形成銀粉末的晶粒，以在電極漿料的烘烤制程期間降低電阻，改良導電粉末與晶圓之間的粘著性，且通過在烘烤制程期間軟化而降低烘烤溫度。

當增加太陽電池的表面面積以改良太陽電池效率時，可增大太陽電池的接觸電阻，且因此需要使串聯(lián)電阻以及對pn接面(pn iunction)的影響降到最小。另外，由于用于烘烤的溫度范圍隨著使具有各種表面電阻的晶圓的使用增加而擴大，因此較佳的是使用可在廣泛范圍的烘烤溫度下確保充分熱穩(wěn)定性的玻璃料。

通常使用在用于形成太陽電池電極的組成物的含鉛玻璃料或無鉛玻璃料中的一種或多種可被用作玻璃料。

玻璃料可包含由以下各者所構(gòu)成的族群中選出的金屬氧化物中的一種或其混合物：氧化鉛、氧化硅、氧化碲、氧化鉍、氧化鋅、氧化硼、氧化鋁、氧化鎢等。舉例而言，可使用氧化鋅-氧化硅(ZnO-SiO₂)類、氧化鋅-氧化硼-氧化硅(ZnO-B₂O₃-SiO₂)類、氧化鋅-氧化硼-氧化硅-氧化鋁(ZnO-B₂O₃-SiO₂-Al₂O₃)類、氧化鉍-氧化硅(Bi₂O₃-SiO₂)類、氧化鉍-氧化硼-氧化硅(Bi₂O₃-B₂O₃-SiO₂)類、氧化鉍-氧化硼-氧化硅-氧化鋁(Bi₂O₃-B₂O₃-SiO₂-Al₂O₃)類、氧化鉍-氧化鋅-氧化硼-氧化硅(Bi₂O₃-ZnO-B₂O₃-SiO₂)類或氧化鉍-氧化鋅-氧化硼-氧化硅-氧化鋁(Bi₂O₃-ZnO-B₂O₃-SiO₂-Al₂O₃)類玻璃料或其類似物。

玻璃料可使用常見方法由前述金屬氧化物制備。舉例而言，混合前述金屬氧化物的組成物。混合使用球磨機(ball mill)或行星式磨機(planetary mill)執(zhí)行。混合組成物在約900℃至1300℃的條件下熔融，且在約25℃下淬滅(quenching)。所得產(chǎn)物由盤磨機(disk mill)、行星式磨機或其類似物研磨，且借此可獲得玻璃料。

玻璃料的形狀不特定受限，且例如可為球形或不規(guī)則形狀。

玻璃料可具有約0.1μm至5μm的平均粒徑(D50)。

作為玻璃料，可購買常用商業(yè)玻璃料以供使用，或例如可使用通過以下操作而制備的玻璃料：選擇性地熔融二氧化硅(SiO₂)、氧化鋁(Al₂O₃)、氧化硼(B₂O₃)、氧化鉍(Bi₂O₃)、氧化鈉(Na₂O)、氧化鋅(ZnO)或其類似物以獲得所要組成物。

可以按所述組成物的總重量計約1重量％至15重量％的量、較佳地以約2重量％至10重量％的量包含玻璃料。在此范圍內(nèi)，可獲得適合的分散性、流動性以及可印刷性。

(C)有機媒劑

有機媒劑通過與組成物的無機組分機械混合而提供給用于形成太陽電池電極的組成物適合于印刷的粘度及流變性質(zhì)。

常用于所述用于形成太陽電池電極的組成物的有機媒劑可被用作有機媒劑，且所述有機媒劑可包含常用粘合劑樹脂、溶劑等。

丙烯酸酯類樹脂、纖維素類樹脂或其類似物可被用作粘合劑樹脂，且乙基纖維素為常用樹脂。然而，亦可使用乙基羥乙基纖維素、硝化纖維素、乙基纖維素與酚系樹脂的混合物、醇酸樹脂、酚系樹脂、丙烯酸酯類樹脂、二甲苯類樹脂、聚丁烯類樹脂、聚酯類樹脂、尿素類樹脂、三聚氰胺類樹脂、乙酸乙烯酯類樹脂、木松香(rosin)、聚甲基丙烯酸酯醇或其類似物。

溶劑的實例包含以下各者中的一種或者兩種或大于兩種的混合物：己烷、甲苯、乙基賽路蘇、環(huán)己酮、丁基賽路蘇、丁基卡必醇(二甘醇單丁醚)、二丁基卡必醇(二甘醇二丁醚)、丁基卡必醇乙酸酯(二甘醇單丁醚乙酸酯)、丙二醇單甲醚、己二醇、萜品醇(Terpineol)、甲基乙基酮、芐醇、γ丁內(nèi)酯、乳酸乙酯等。

可以按所述用于形成太陽電池電極的組成物的總重量計約5重量％至40重量％的量包含有機媒劑。在此范圍內(nèi)，可確保充分粘著強度及極佳可印刷性。

(D)表面張力改質(zhì)劑

本發(fā)明的組成物可更包含表面張力改質(zhì)劑(surface tension modifier)。在本發(fā)明中，表面張力改質(zhì)劑是指在20℃下具有約40mN/m或大于40mN/m(例如，約40mN/m至65mN/m)的表面張力的共溶劑(co-solvent)。本發(fā)明中的表面張力可指根據(jù)ASTM D 1331標準在20℃下所量測的表面張力值。

作為實例，表面張力改質(zhì)劑可包含乙二醇、二甘醇、三乙二醇、四乙二醇、聚乙二醇、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、1，5-戊二醇、碳酸伸丙酯、甲酰胺、甘油、糠醛等。這些可單獨使用或作為其中兩種或超過兩種的混合物使用。

可以按用于形成太陽電池電極的組成物的總重量計約0.1重量％至40重量％的量、較佳地以約0.1重量％至25重量％的量包含表面張力改質(zhì)劑。在此范圍內(nèi)，可獲得適合的流動性及可印刷性。

(E)其他添加劑

本發(fā)明的用于形成太陽電池電極的組成物可視需要還包含除上文所描述的組分以外的通用添加劑以改良流動性、可加工性以及穩(wěn)定性。分散劑、塑化劑、粘度穩(wěn)定劑、抗起泡劑、顏料、UV穩(wěn)定劑、抗氧化劑、偶合劑以及其類似物中的一種或者兩種或大于兩種的混合物可被用作添加劑?？梢园从糜谛纬商栯姵仉姌O的組成物的總重量計約0.1重量％至5重量％的量包含這些添加劑，但可視需要修改所述添加劑的含量。

太陽電池電極及包含其的太陽電池

本發(fā)明的另一實施例是關(guān)于一種由用于形成太陽電池電極的組成物形成的電極及一種包含所述電極的太陽電池。圖2說明根據(jù)本發(fā)明的實例的太陽電池的結(jié)構(gòu)。

參看圖2，可通過將用于電極的組成物印刷在包含p層(或n層)(101)及n層(或p層)(102)(作為發(fā)射極)的晶圓(100)或基板上且烘烤所述組成物而形成背電極(210)及前電極(230)。舉例而言，可通過將用于電極的組成物印刷涂布在晶圓的后部表面上，且在約200℃至400℃下干燥組成物約10秒至60秒，以執(zhí)行背電極的初步處理。另外，可通過在晶圓的前部表面上印刷用于電極的組成物并干燥所述組成物來執(zhí)行前電極的初步處理。此后，可通過在約400℃至950℃(較佳地約750℃至950℃)下執(zhí)行烘烤制程30秒至50秒而形成前電極及背電極。

發(fā)明實例

將結(jié)合實例詳細地描述本發(fā)明，但應理解，僅僅出于說明而提供這些實例，且這些實例不應解釋為以任何方式限制本發(fā)明。

實例1

在作為溶劑的6.2重量％的丁基卡必醇(陶氏化學公司)中在60℃下充分混合作為有機粘合劑的1.5重量％的乙基纖維素(STD4及SDT200，陶氏化學(The Dow Chemical)公司)，以制備有機媒劑；將具有2.0μm平均粒徑的85重量％的球形銀粉末(AG-4-8，同和高科技(Dowa Hightech)有限公司)、具有1.0μm平均粒徑的3重量％的玻璃料(CI-124，貝斯(BASS)有限公司)、作為表面張力改質(zhì)劑的0.3重量％的四乙二醇(Tetraethylene glycol)(西格瑪奧德里奇(Sigma-Aldrich)公司)以及0.6重量％的甲酰胺(Formamide，西格瑪奧德里奇公司)、0.2重量％的分散劑(BYK102，畢克化學(BYK-Chemie)有限公司)、0.3重量％的觸變劑(Thixatrol ST，海名斯(Elementis)有限公司)及為塑化劑的2.9重量％的二甲基己二酸酯(西格瑪奧德里奇公司)作為添加劑放入有機媒劑中，且充分地混合，隨后在3輥捏合機中混合及捏合，借此制備用于形成太陽電池電極的組成物。

實例2至實例6以及比較實例1

以與實例1中相同的方式制備用于太陽電池電極的組成物，除如表1中所包含各組分外。

用于量測物理性質(zhì)的方法

(1)粘性(tackiness)的量測

在25℃的溫度及20％的濕度的條件下，通過根據(jù)實例1至實例6及比較實例1所制備的用于形成太陽電池電極的20g組成物的介質(zhì)層壓一對圓形板(具有25mm直徑及2mm厚度的不銹鋼)，當通過所施加外力使所述圓形板彼此脫離時量測剪應力值，且通過將剪應力值代入以下算式1中來量測粘性。結(jié)果展示于表1中。

[算式1]

黏性(tackiness)(％)＝{(A-B)/A}×100

在[算式1]中，A表示所量測的剪應力(shear stress)的最小剪應力值，且B表示在剪應力相對于所述板之間的間隙的瞬時改變速率(d(剪應力)/d(間隙))為0.05的點處的剪應力值。

(2)短路電流及轉(zhuǎn)化效率的量測

將實例1至實例6及比較實例1中所制備的用于形成太陽電池電極的組成物通過網(wǎng)版印刷方法印刷在單晶晶圓(Wafer)的前部表面上，且使用紅外線干燥烘箱干燥。將由所述制程所制備的電池在600℃至900℃下使用帶式烘烤烘箱烘烤60秒至210秒以制備電池。對于所制備的電池，使用太陽電池效率測試儀(CT-801，巴薩安(Pasan)有限公司)量測太陽電池的短路電流(Isc)以及轉(zhuǎn)化效率(％)，且結(jié)果展示于表1中。

(3)線寬及厚度的量測

將實例1至實例6及比較實例1中所制備的用于形成太陽電池電極的組成物使用經(jīng)設(shè)計以具有約30μm至50μm線寬的網(wǎng)版遮罩以均一圖案網(wǎng)版印刷在晶圓(Wafer)的前部表面上。使用VK設(shè)備(VK9710，基恩斯(KEYENCE)有限公司)量測所制備的電極(指形桿)在干燥及烘烤所印刷的晶圓之后的線寬及厚度，且結(jié)果展示于以下表1中。

[表1]

[單位：重量％]

參看[表1]中的結(jié)果，可判定，通過算式1所計算的粘性在約60％至90％的范圍內(nèi)的實例1至實例6的用于太陽電池電極的組成物具有極佳可印刷性以用于形成精細圖案，且使用所述組成物所制造的太陽電池電極具有優(yōu)良轉(zhuǎn)化效率。

本發(fā)明的用于形成太陽電池電極的組成物可實施具有精細線寬的印刷圖案，且具有極佳轉(zhuǎn)化效率。

可由所屬領(lǐng)域中具通常知識者容易地執(zhí)行對本發(fā)明的簡單修改及更改，且所有修改及更改均在本發(fā)明的范疇內(nèi)。