用于太陽(yáng)能電池電極的組合物和使用其制作的電極的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于太陽(yáng)能電池的組合物和使用其制作的電極。該組合物包含銀（Ag）粉；碘化銀（AgI）；玻璃料；和有機(jī)載體，其中，基于組合物的總重量，碘化銀以約0.1wt%至約30wt%的量存在。該組合物可以提高電極和硅晶片之間的接觸效率，從而使接觸電阻（Rc）和串聯(lián)電阻（Rs）最小化，這提供了優(yōu)異的太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)化效率。
【專利說(shuō)明】用于太陽(yáng)能電池電極的組合物和使用其制作的電極
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于太陽(yáng)能電池電極的組合物和使用其制作的電極。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽(yáng)能電池利用p-n結(jié)的光伏效應(yīng)產(chǎn)生電流，光伏效應(yīng)將太陽(yáng)光的光子轉(zhuǎn)化為電流。在太陽(yáng)能電池中，分別在具有P-n結(jié)的半導(dǎo)體晶片和基板的上表面和下表面形成前電極和后電極。隨后，由進(jìn)入半導(dǎo)體晶片的太陽(yáng)光引起P-n結(jié)處的光伏效應(yīng)，并且由P-n結(jié)處的光伏效應(yīng)所產(chǎn)生的電子通過(guò)電極向外界提供電流。通過(guò)施用、圖案化和焙燒電極組合物在晶片上形成太陽(yáng)能電池的電極。
[0003]持續(xù)降低發(fā)射層厚度來(lái)改善太陽(yáng)能電池效率可以引起分流，其能夠使太陽(yáng)能電池性能劣化。此外，已經(jīng)逐漸增加太陽(yáng)能電池的面積來(lái)實(shí)現(xiàn)更高的效率。然而，在這種情況下，由于太陽(yáng)能電池的接觸電阻增加，可能存在效率劣化的問題。
[0004]因此，存在對(duì)于能夠提聞電極和娃晶片之間接觸效率以使接觸電阻(Re)和串聯(lián)電阻(Rs)最小化、從而提供良好的轉(zhuǎn)化效率的用于太陽(yáng)能電池電極的組合物的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，用于太陽(yáng)能電池電極的組合物可以包含銀(Ag)粉；碘化銀(AgI);玻璃料；和有機(jī)載體，其中，基于組合物的總重量，碘化銀可以以按重量計(jì)約0.1%(wt%)至約30wt%之間的量存在。
[0006]組合物可以包含約60wt%至約95wt%的銀粉；約0.lwt%至約30wt%的碘化銀；約0.5wt%至約20wt%的玻璃料；和約lwt%至約30wt%的有機(jī)載體。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了由用于太陽(yáng)能電池電極的組合物形成的太陽(yáng)能電池電極。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1是示出用于在晶片上通過(guò)焙燒銀粉和玻璃料形成銀晶體顆粒的方法的概念視圖。
[0009]圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的太陽(yáng)能電池的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]用于太陽(yáng)能電池電極的組合物
[0011]用于根據(jù)本發(fā)明的太陽(yáng)能電池電極的組合物包含銀(Ag)粉(A);碘化銀(B);玻璃料(C);和有機(jī)載體(D)。
[0012]現(xiàn)在，將會(huì)更詳細(xì)的描述用于根據(jù)本發(fā)明的太陽(yáng)能電池電極的組合物的每種組分。
[0013](A)銀粉[0014]根據(jù)本發(fā)明，用于太陽(yáng)能電池電極的組合物包含作為第一金屬粉末的銀粉，其是導(dǎo)電性粉末。銀粉的粒徑可以是納米級(jí)或微米級(jí)。例如，銀粉可以具有數(shù)十納米到數(shù)百納米、或數(shù)微米到數(shù)十微米的粒徑?？蛇x地，銀粉可以是兩種或多種具有不同粒徑的銀粉的混合物。
[0015]銀粉可以具有球狀、片狀或無(wú)定形的形狀。
[0016]銀粉優(yōu)選地具有約0.1 μ m至約10 μ m、更優(yōu)選地約0.5 μ m至約5 μ m的平均顆粒直徑(D50)?？梢栽?5°C下通過(guò)超聲波震蕩在3分鐘使導(dǎo)電性粉末分散在異丙醇(IPA)中之后，使用例如Modell064D (CILAS C0.，Ltd.)測(cè)量平均顆粒直徑。在平均顆粒直徑的這個(gè)范圍內(nèi)，組合物可以提供較低接觸電阻和低線路電阻。
[0017]基于組合物的總重量，銀粉可以以約60wt%至約95wt%的量存在。在此范圍中，由于電阻增加，導(dǎo)電性粉末能夠防止在轉(zhuǎn)換效率方面的劣化。有利地，導(dǎo)電粉以約70wt%至約90wt%的量存在。
[0018](B)碘化銀
[0019]在硅晶片上通過(guò)使組合物圖案化并焙燒組合物可以形成太陽(yáng)能電池電極，其中，組合物包含導(dǎo)電性粉末、玻璃料和有機(jī)載體。
[0020]參見圖1，在焙燒過(guò)程中，銀(Ag)粉111被融化，并且玻璃料112蝕刻晶片的抗反射層，抗反射層包括P-層(或，Π-層)101和η-層(或，ρ-層)102，其將作為發(fā)射極。然后，熔化的銀粉滲透晶片的表面并形成銀晶體113，從而形成電極。在這種情況中，確保銀晶體足夠的歐姆深度以及銀晶體與晶片之間足夠接觸面積是很重要的。在本發(fā)明中，用于太陽(yáng)能電池電極的組合物包含熔點(diǎn)約為558°C的碘化銀(Agl)，該溫度低于元素銀的熔點(diǎn)。在低于電極焙燒溫度的溫度下，碘化銀與銀相比可以更快轉(zhuǎn)變成液體。所以，液態(tài)的碘化銀能夠填充硅晶片上的細(xì)微裂縫，或由于表面粗糙度導(dǎo)致的在組合物與晶片之間的接觸表面形成的空區(qū)域，從而改善電極(Ag)和硅晶片之間的接觸效率。
[0021]特別地，通過(guò)降低在晶片和銀之間的界面處金屬和半導(dǎo)體之間的肖特基勢(shì)壘高度(Schottky barrier height),碘化銀(AgI)使得晶片和銀之間能夠歐姆接觸。并且由于銀電極晶片的接觸電阻(Re)和串聯(lián)電阻(Rs)的降低，可以提高填充因子，從而提高太陽(yáng)能電池效率。此外，如在Material Safety Data Sheet (MSDS)中所描述的,在吸入、攝入或皮膚接觸時(shí)，氯化銀(AgCl)對(duì)人體的非常有害，而碘化銀在環(huán)境安全性和可加工性方面具有相當(dāng)優(yōu)異的性質(zhì)。
[0022]在本發(fā)明中，基于組合物的總重量，碘化銀以約0.^^%至約30wt%的量存在。在此范圍中，碘化銀可以確保足夠的給予多樣化表面電阻的結(jié)合穩(wěn)定性并可以使串聯(lián)電阻最低。
[0023](C)玻璃料
[0024]玻璃料用于增強(qiáng)導(dǎo)電性粉末和晶片或基板之間的粘附力并用于通過(guò)蝕刻抗反射層并熔融銀粉的方法在發(fā)射極區(qū)域內(nèi)形成銀晶體顆粒，從而在用于電極的組合物的焙燒過(guò)程中降低接觸電阻。此外，在焙燒過(guò)程中，玻璃料會(huì)軟化并降低焙燒溫度。
[0025]當(dāng)增加太陽(yáng)能電池的面積以改善太陽(yáng)能電池效率時(shí)，可能存在太陽(yáng)能電池接觸電阻升高的問題。因此，需要使P-n結(jié)上的串聯(lián)電阻(Rs)和影響均最小化。此外，由于隨著具有不同薄層電阻的不同晶片的使用增加焙燒溫度在較寬的范圍內(nèi)變化，期望玻璃料確保足夠的熱穩(wěn)定性以承受寬泛范圍的焙燒溫度。
[0026]玻璃料可以是任何含鉛玻璃料和無(wú)鉛玻璃料，其通常用在用于太陽(yáng)能電池電極的組合物領(lǐng)域中。
[0027]在一個(gè)實(shí)施方式中，玻璃料可以包含選自由氧化鉛、氧化硅、氧化碲、氧化鉍、氧化鋅、氧化硼、氧化鋁、氧化鎢和它們的組合所組成的組中的至少一種氧化物。例如，玻璃料可以包括選自由以下各項(xiàng)所組成的組中的至少一種:氧化鋅-氧化硅(Zn0-Si02)、氧化鋅-氧化砸_氧化娃(ZnO-B2O3-SiO2)、氧化鋒_氧化砸_氧化娃_氧化招(ZnO-B2O3-SiO2-Al2O3)>氧化秘(Bi203)、氧化秘_氧化娃(Bi203-Si02)、氧化秘_氧化砸_氧化娃(Bi2O3-B2O3-SiO2)、氧化秘_氧化砸_氧化娃_氧化招(Bi2O3-B2O3-SiO2_A1203)、氧化秘_氧化鋒_氧化砸_氧化娃(Bi2O3-ZnO-B2O3-SiO2)、氧化秘_氧化鋒_氧化砸_氧化娃_氧化招(Bi2O3-ZnO-B2O3-SiO2-Al2O3)、氧化鉛(PbO)、氧化鉛 _ 氧化締(Pb0-Te02)、氧化鉛 _ 氧化碲-氧化硅(Pb0-Te02-Si02)、氧化鉛-氧化碲-氧化鋰(PbO-TeO2-Li2OX氧化鉍-氧化締(Bi203-Te02)、氧化秘_氧化締_氧化娃(Bi2O3-TeO2-SiO2)>氧化秘_氧化締_氧化裡(Bi203-Te02-Li20)、氧化締(TeO2)和氧化締-氧化鋅(TeO2-ZnO)玻璃料。
[0028]玻璃料可以具有約0.1 μ m至約10 μ m的平均顆粒直徑D50，并且基于組合物的總重量，可以以從約0.5wt%至約20wt%的量存在。玻璃料可以具有球狀或無(wú)定形形狀。在一個(gè)實(shí)施方式中，可以將具有不同玻璃化轉(zhuǎn)變點(diǎn)的兩種類型的玻璃料的混合物用于組合物。例如，可以使用具有范圍從200°C至350°C的玻璃化轉(zhuǎn)變點(diǎn)的第一玻璃料和具有高于350°C并且小于或等于550°C的玻璃化轉(zhuǎn)變點(diǎn)的第二玻璃料的混合物，其中，第一玻璃料與第二玻璃料的重量比可以范圍從約1:0.2至約1:1。
[0029]可以通過(guò)本領(lǐng)域已知的典型方法由這些金屬氧化物制備玻璃料。例如，可以以預(yù)定的比例混合氧化物?？梢允褂们蚰C(jī)或行星式磨機(jī)進(jìn)行混合。在約700°C至約1300°C下熔融混合物，隨后淬火至約25°C。使用盤式磨機(jī)、行星式磨機(jī)等使所獲的產(chǎn)物經(jīng)歷粉碎過(guò)程，從而制備玻璃料。
[0030](D)有機(jī)載體
[0031]通過(guò)與組合物的無(wú)機(jī)組分機(jī)械混合，有機(jī)載體向用于太陽(yáng)能電池電極的組合物賦予用于印刷的合適的粘性和流變學(xué)特征。
[0032]有機(jī)載體可以是在太陽(yáng)能電池電極組合物中使用的任何典型的有機(jī)載體，并且可以包括粘合劑樹脂、溶劑等。
[0033]粘合劑樹脂可以選自丙烯酸酯樹脂或纖維素樹脂。通常將乙基纖維素用作粘合劑樹脂。此外，粘合劑樹脂可以選自乙基羥乙基纖維素、硝化纖維素、乙基纖維素和酚醛樹脂的混合物、醇酸樹脂、苯酚、丙烯酸酯、二甲苯、聚丁烯、聚酯、尿素、三聚氰胺、醋酸乙烯樹月旨、木松香、醇的聚甲基丙烯酸酯等。
[0034]溶劑可以選自由例如，己烷、甲苯、乙基溶纖劑、環(huán)己酮、丁基溶纖劑、丁基卡必醇(二乙二醇單丁基醚)、二丁基卡必醇(二乙二醇二丁基醚)、乙酸丁基卡必醇酯(二乙二醇單丁基醚乙酸酯)、丙二醇單甲基醚、己二醇、萜品醇、甲基乙基酮、苯甲醇、Y-丁內(nèi)酯、乳酸乙酯和它們的組合所組成的組中。
[0035]基于組合物的總重量，有機(jī)載體可以以約^^%至約30wt%的量存在。在此范圍內(nèi)，有機(jī)載體能夠?yàn)榻M合物提供足夠的粘合強(qiáng)度和優(yōu)異的印刷適性。[0036](E)添加劑
[0037]根據(jù)需要，組合物可以進(jìn)一步包含典型的添加劑以提流動(dòng)性、加工性以及穩(wěn)定性。添加劑可以包括分散劑、觸變劑、增塑劑、粘度穩(wěn)定劑，防沫劑，顏料，UV穩(wěn)定劑，抗氧化劑，偶聯(lián)劑等，但不限于此?？梢詥为?dú)或以它們的混合物的形式使用這些添加劑。添加劑可以以約0.lwt%至約5wt%的量存在于組合物中，但不限于此。
[0038]太陽(yáng)能電池電極和包括其的太陽(yáng)能電池
[0039]本發(fā)明的其它方面涉及由用于太陽(yáng)能電池電極的組合物形成的電極和包括其的太陽(yáng)能電池。，圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的太陽(yáng)能電池。
[0040]參見圖2，可以通過(guò)在包括ρ-層(或η-層)101和η_層(或ρ-層)102的晶片或基板100上印刷并焙燒組合物形成后電極210和前電極230，其將用作發(fā)射極。例如，通過(guò)在晶片100的后表面上印刷組合物并在約200°C至約400°C的溫度下干燥印刷的組合物持續(xù)約10秒至約60秒完成制備后電極210的前期處理。進(jìn)一步，通過(guò)在晶片的前表面上印刷糊料并干燥印刷的組合物完成制備前電極的前期處理。然后，可以通過(guò)在約400°C至約950°C、優(yōu)選在約750°C至約950°C的溫度下焙燒約30秒至約180秒來(lái)形成前電極230和后電極210。
[0041]下面，將參考實(shí)施例更詳細(xì)地描述本發(fā)明。然而，需要指出的是，提供這些實(shí)施例僅用于例證，而不應(yīng)該以任何方式理解為限制本發(fā)明。
[0042]實(shí)施例
[0043]實(shí)施例1
[0044]作為有機(jī)粘合劑，在60°C下將lwt%的乙基纖維素(STD4, Dow Chemical Company)充分溶解在8.5wt%的丁基卡必醇中，并且將86.5wt%的具有2.0 μ m的平均顆粒直徑的球狀銀粉(AG-4-8，Dowa Hightech C0.，Ltd.)、0.5wt% 的碘化銀、2.0wt% 的具有 1.0 μ m的平均顆粒直徑和341°C轉(zhuǎn)變點(diǎn)的低熔點(diǎn)含鉛玻璃料-1 (含鉛玻璃，C1-124，ParticlogyC0.，Ltd.)、1.0wt%具有1.0μ m的平均顆粒直徑和430°C轉(zhuǎn)變點(diǎn)的低熔點(diǎn)含鉛玻璃料_2(含鉛玻璃料，C1-5008, Particlogy C0.，Ltd.)、0.2wt% 的分散劑 BYK102 (BYK-chemie)和
0.3wt%的觸變劑Thixatrol ST (Elementis C0.，Ltd.)加入至粘合劑溶液中，隨后通過(guò)在三輥捏合機(jī)中進(jìn)行混合和捏合，從而制備用于太陽(yáng)能電池電極的組合物。
[0045]實(shí)施例2至3和比較例I
[0046]以如在實(shí)施例1中相同的方法制備用于太陽(yáng)能電池的組合物，除了以如表I所列出的量制備組合物。在表I中示出結(jié)果。
[0047]接觸電阻和比接觸電阻率的測(cè)暈方法
[0048]以預(yù)定的圖案通過(guò)絲網(wǎng)印刷將根據(jù)實(shí)施例和比較例制備的組合物沉積在單晶晶片的前表面上，隨后在紅外干燥爐中干燥。使根據(jù)此步驟形成的電池在帶式焙燒爐中在600°C至1000°C下經(jīng)受焙燒60秒至210秒，然后使用TLM (Transfer Length Method)測(cè)試儀以接觸電阻(Rs)和比接觸電阻率(P c)進(jìn)行評(píng)價(jià)。表I示出所測(cè)量的接觸電阻和比接觸電阻率。
[0049]填充因子和轉(zhuǎn)化效率的測(cè)暈方法
[0050]以預(yù)定的圖案通過(guò)絲網(wǎng)印刷將在實(shí)施例和比較例中所制備的組合物沉積在單晶晶片的前表面上，隨后在紅外干燥爐干燥。然后，將含鋁的用于電極的組合物印刷在晶片的后側(cè)面并以和上述相同的方法干燥。使根據(jù)此步驟形成的電池在帶式焙燒爐中在400°C到1000°C的溫度下經(jīng)歷焙燒30秒至180秒，并使用太陽(yáng)能電池效率測(cè)試儀CT-801 (PasanC0.，Ltd.)以填充因子(FF，％)和轉(zhuǎn)化效率(％)進(jìn)行評(píng)價(jià)。表1示出所測(cè)量的填充因子和轉(zhuǎn)化效率。
[0051]表1(單位:wt%)
[0052]
【權(quán)利要求】
1.一種用于太陽(yáng)能電池電極的組合物，包含:銀(Ag)粉；碘化銀(AgI);玻璃料；和有機(jī)載體，其中，基于所述組合物的總重量，所述碘化銀以0.1被％至30wt%的量存在。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，包含:60wt%至95wt%的所述銀(Ag)粉；0.lwt%至30wt%的所述碘化銀；0.5wt%至20wt%的所述玻璃料；和lwt%至30wt%的所述有機(jī)載體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中，所述玻璃料包括選自由以下項(xiàng)所組成的組中的至少一種:氧化鋅-氧化娃(Zn0_Si02)、氧化鋅-氧化硼-氧化娃(ZnO-B2O3-SiO2)、氧化鋒_氧化砸_氧化娃_氧化招(ZnO-B2O3-SiO2-A1203)、氧化秘(Bi203)、氧化秘_氧化娃(Bi203_Si02)、氧化秘-氧化砸_氧化娃(Bi203-B203_Si02)、氧化秘-氧化砸_氧化娃~氧化招(Bi2O3-B2O3-SiO2-A1203)、氧化秘 _ 氧化鋒 _ 氧化砸 _ 氧化娃(Bi2O3-ZnO-B2O3-SiO2)'氧化秘_氧化鋒_氧化砸_氧化娃_氧化招(Bi2O3-ZnO-B2O3-SiO2-A1203)、氧化鉛(PbO)、氧化鉛-氧化碲(Pb0-Te02)、氧化鉛-氧化碲-氧化硅(PbO-TeO2-SiO2X氧化鉛-氧化碲-氧化鋰(PbO-TeO2-Li2O)、氧化鉍-氧化碲(Bi2O3-TeO2 )、氧化鉍-氧化碲-氧化硅(Bi2O3-TeO2-SiO2 )、氧化秘_氧化締_氧化裡(Bi2O3-TeO2-Li2O )、氧化締(TeO2)和氧化締-氧化鋅(TeO2-ZnO)玻璃料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中，所述玻璃料包含兩種具有不同轉(zhuǎn)變點(diǎn)的玻璃料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的組合物，其中，所述玻璃料包含具有范圍從200°C至350°C的玻璃化轉(zhuǎn)變點(diǎn)的第一玻璃料和具有高于350°C并低于或等于550°C的玻璃化轉(zhuǎn)變點(diǎn)的第二玻璃料，所述第一玻璃料與所述第二玻璃料的重量比的范圍為從1:0.2至1:1。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中，所述玻璃料具有0.1 μ m至10 μ m的平均顆粒直徑D50。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，進(jìn)一步包含:選自由分散劑、觸變劑、增塑劑、粘度穩(wěn)定劑、防沫劑、顏料、UV穩(wěn)定劑、抗氧化劑和偶聯(lián)劑所組成的組中的至少一種。
8.由根據(jù)權(quán)利要求1到7中的任一項(xiàng)所述的用于太陽(yáng)能電池電極的組合物制備的太陽(yáng)能電池電極。
【文檔編號(hào)】H01B1/16GK103915130SQ201310686572
【公開日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2013年12月9日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月29日
【發(fā)明者】樸相熙, 金泰俊, 宋憲圭 申請(qǐng)人:第一毛織株式會(huì)社