专利名称：铝膏组合物及使用所述组合物的太阳能电池组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种铝膏组合物及利用所述组合物的太阳能电池组件，特别涉及在硅 晶太阳能电池组件的硅半导体基材背面上形成电极或导线所用的铝膏组合物，以及利用所 述组合物的太阳能电池组件。
背景技术：
由于能源短缺、温室效应等环保问题日益严重，目前各国已积极研发各种可能替 代能源，尤其以太阳能发电最受各界重视。图1即太阳能电池组件的剖面构造示意图，其在 于P型硅半导体基材1上先行将表面制作成金字塔型的粗化表面以减少光线反射(为简化 图式，图1未显示粗化表面)，再将磷或类似物质以热扩散方式于P型硅半导体基材1的受 光面侧形成反向导电性类型的η型掺杂层(doping layer) 2，并形成p-n结(junction)。随 后再于η型掺杂层2上形成减反射层3与电极4。可藉由等离子体化学气相沉积等方法于 η型掺杂层2上形成氮化硅(silicon nitride)膜作为减反射层3，再于减反射层3上以丝 网印刷方式涂布含有银粉末的银导电胶随后进行烘烤干燥及烧结的程序形成正面电极4。 在烧结过程中，用以形成正面电极4的导电胶可烧结并渗透至η型掺杂层2上。ρ型硅半导 体基材1的背面侧则使用含有铝粉末的铝导电胶以印刷方式形成铝背面电极层5，随后进 行干燥烘烤的程序，再于高温下进行烧成。烧成过程中，铝原子扩散至P型硅半导体基材1 中，于铝背面电极层5与ρ型硅半导体基材1之间形成呈合金状态的Al-Si合金层6及含 有高浓度的铝掺杂剂的P+层7。ρ+层7通常称为背电场(Back Surface Field ；BSF)层， 其可防止电子空穴再结合，有助于提升太阳能电池组件的能量转换效率。此外，为了能将多 个太阳能电池组件相互串连形成模块，可藉由丝网印刷方式于铝背面电极层5上印刷一种 银铝导电胶，经烧结后形成导线8。背面电极的形成，可为先行印刷银铝导电胶且使其干燥，再印刷铝导电胶使其干 燥，再对两种导电胶进行烘烤；亦可为先行印刷铝导电胶且使其干燥，再印刷银铝导电胶， 再对两种导电胶进行干燥烘烤。铝导电胶的性质对太阳能电池组件的稳定性有很大的影响。若铝导电胶于基材表 面润湿性差，则会导致铝导电胶与硅半导体基材之间的附着力不佳的问题，此外，铝导电胶 与硅半导体基材之间的热膨胀系数差异太大，则会造成太阳能电池组件易有翘曲的问题、 再者铝硅的反应速率不同也可能造成铝珠或铝泡产生等问题，上述问题严重时甚至会导致 破片。而铝导电胶与银铝导电胶之间的粘着力不佳时，则会在其重叠处产生剥落，严重时会 影响后续多个太阳能电池组件藉由银铝导电胶相互串连形成模块的制程。目前所知改善上述问题的方法，如 TW 200713334,Tff 200717838,CN 1487531A、CN 1981346A、CN 1877864A、CN 101555388A 及 CN101471389A 等专利文献所述。Tff 200713334揭示一种铝膏组合物，用以抑制煅烧时内面电极层产生气泡或铝颗 粒，其特征在于含有铝粉末、有机质载体及玻璃料。上述玻璃料占铝膏组合物0. 1至8重 量％，并含有占玻璃料总重5-75重量％的碱土金属氧化物。
Tff 200717838揭示一种糊状组合物，其特征在于含有铝粉末、有机质载体与助粘 剂。上述发明是利用含助粘剂的糊状组合物提高形成于硅半导体基板背面铝电极层的密接 性。上述助粘剂占铝膏组合物的0.05至5重量％。CN 1487531A揭示一种硅太阳电池的背面电极形成用导电浆，用以减少由烧结收 缩引起的硅芯片翘曲，其特征在于含有铝粉末、玻璃熔块、有机展色料、以及对上述有机展 色料难溶性或不溶性的粒子，上述粒子为有机化合物粒子或碳粒子中的至少一种。其中，玻 璃熔块占导电浆的1至5重量％。CN 1981346A揭示一种糊组合物，用以在降低玻璃粉含量或不使用玻璃粉的情况 下，得以维持作为太阳能电池组件被面电极所欲达到的功能，同时可以强化铝电极层与硅 半导体基板的结合。其特征在于含有铝粉末、有机载体及金属醇盐。其中提到的玻璃粉占 组合物的重量小于5重量％。CN 1877864A揭示一种浆料组成，具有导电性能佳、光电转换效率高、硅片烧结后 弯曲小、不起珠、不起泡等特点，其特征在于上述浆料由70-80wt %的铝粉、15-30wt %的改 性有机粘合剂、含铟、镓或钽40-60wt%的无机粘合剂玻璃金属粉l-10wt%组成。CN 101555388A揭示一种铝浆用无机粘合剂，用以使铝粉层牢固粘附在硅芯片上， 并使电池片弯曲小，低破片率，其特征在于上述无机粘合剂由10-20衬％的Si02、15-30wt% 的 B203、5-15wt % 的 A1203、15-35wt % 的 Bi203、10-18wt % 的 Zr203、10_25wt % 的 ZnO、l_8wt % 的MoO3所组成。CN 101471389A揭示一种用于太阳能电池组件的背面材质，其包含玻璃混合物、有 机介质、含铝材质及添加物，用以改善太阳能电池组件的转换效率并改善翘曲问题。其中玻 璃混合物包含Al203、Bi205、B203、Si02、Pb0、Ti203及ZnO等，且占背面材质总重的5wt%以下。如上所述，目前所知的铝膏组合物常藉由添加不同的组份，如助粘剂、有机化合 物粒子或碳粒子、金属醇盐、特殊金属离子(如铟、镓或钽)、特殊金属氧化物(如&203或 MoO3)等来抑制硅半导体芯片翘曲、改善太阳能电池组件转换效率或使硅片不起珠、不起 泡。然而，前述技术并未发现添加分散剂对抑制硅半导体芯片翘曲、改善太阳能电池组件转 换效率或使硅片不起珠、不起泡有何影响。此外，前述技术并无揭示水气对该铝电极层的影 响，铝电极若吸收空气中的水气，则在封装过程会因为水气与铝的反应产生氢气，进而造成 封装后的缺陷。
发明内容
有鉴于此，本发明主要目的为提供一种具良好附着性且可避免水气影响的铝膏组 合物。为达上述及其它目的，本发明提供一种铝膏组合物，其包含(a)铝粉；(b)玻璃 粉；(c)粘合剂；及(d)分散剂。本发明亦提供一种太阳能电池组件，其包含电极或导线，其中所述电极或导线通 过将上述铝膏组合物印刷于硅基材上后进行干燥再进行烧结而形成。
图1为太阳能电池组件的剖面构造示意图；以及
图2为具有由本发明实施例的铝膏所制得导线的晶圆背面的外观。主要组件符号说明1 :p型硅半导体基材2:n型掺杂层3 减反射层4 电极5:铝背面电极层6 合金层7 :p+ 层8 导线
具体实施例方式本发明铝膏组合物所使用的粘合剂(binder)，是用在作为铝膏干燥后烧结前的支 撑物(support)，为避免烧结后影响电性，优选烧结后不残留碳的粘合剂。可使用作为粘合 剂的树脂，优选热塑性树脂，其选自纤维素、丙烯酸酯类树脂、醇酸树脂、环氧树脂或其混合 物，优选为纤维素、丙烯酸酯类树脂或其混合物。本发明所使用的纤维素可为甲基纤维素(methyl cellulose)、乙基纤维素(ethyl cellulose)、木松香(wood rosin)、聚丙烯腈(PAN)或其混合物。根据本发明，粘合剂的用量以铝膏组合物的总重量计为约0. l_30wt%，优选为 1. 5-5wt%o本发明的铝膏组合物亦可视需要添加溶剂，以调整铝膏组合物至适当粘度，其中 粘度优选为10000 40000CPS，为避免铝膏组合物在印刷时因溶剂挥发过快，影响铝膏 组合物的粘度，造成印刷时的不稳定，所使用的溶剂优选高沸点溶剂，常用的溶剂例如但 不限于以二醇醚类为主的有机溶剂如乙二醇单丁基醚单乙酸酯、二乙二醇单丁基醚、二甘 醇一丁醚(DEGMBE)，萜烯类(如松油醇(terpineol))，四甲基对苯二胺(TMPD)或二元酸 酯混合物(DBE)。根据本发明，溶剂的用量以铝膏组合物的总重量计为0-25wt%，优选为 10-25wt%，更优选为 15-20wt%。本发明铝膏组合物所使用的玻璃粉包含氧化物，可于烧结过程中进行氧化还原反 应，使铝粉表面形成致密氧化层，故可阻断水气与铝层反应。本发明铝层具有低翘曲特性， 且与背银重叠区密合性优异，故能提高太阳能电池组件的长时间稳定性以及抑制在形成于 硅基材表面的铝电极层产生气泡或铝颗粒。上述氧化物例如但不限制于氧化硼(B2O3)、氧 化铋(Bi2O3)、氧化锌(ZnO)、氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、氧化锆(Zr2O3)等，或其混合 物。控制玻璃粉适当的含量可提升烧结后的电极/导线与硅晶圆基材的附着性，以及改善 背面铝层、背面银电极与硅芯片间的粘结力，根据本发明，玻璃粉的用量以铝膏组合物的总 重量计为约0. l-15wt%，优选为1.0-5. Owt%，更优选为1.5至3.0衬％。可用于本发明的 市售玻璃粉包括旭硝子株式会社(ASAHI GLASSC0.，LTD)的ASF 110、ASFl 11F、ASF200R、 ASF206、ASF700、ASF 1780,ASF 102Y、ASF 1761、ASF0070B、ASF 1094,ASF 1098,ASF 1099、 ASF1100、ASF1495、ASF1560、ASF1700、ASF1710、ASF1771、ASF1891、ASF1895、FF201、FF202、 FF209、K301、K303 ；日本山村硝子的 BSSO1。
本发明铝膏组合物所使用的铝粉，可为本发明所属技术领域技术人员所已知的铝 粉，其可为任何适当形式的铝粉，例如铝金属、铝金属的合金或它们的混合物等。可用于本 发明的市售铝粉包括=ECKA公司生产的铝粉。根据本发明，铝粉的用量以铝膏总重量计为65_85wt%，优选为70至80wt%。本发明铝膏组合物包含至少0. 2衬％分散剂，优选为0. 2至3wt%，更佳为0. 2 至lwt%。使用分散剂可帮助铝粉、玻璃粉、无机填充剂粉末良好润湿，均勻分散于溶剂 中，避免发生团聚、絮凝现象，并改善长时间存放稳定性。本发明含分散剂的铝膏组合 物，其流变行为能提供高速印刷性增加产出速度、并能于烧结过程中，使粉体颗粒致密 堆积，提升发电效率。上述分散剂包含磷酸酯(phosphate ester)、亚麻籽油(Linseed oil)或辛酸(Octanoic acid)，优选为磷酸酯，可用于本发明的市售分散剂包括BYK公 司的 DISPERBYK-101、DISPERBYK-102、DISPERBYK-103、DISPERBYK-106、DISPERBYK-107、
DISPERBYK-108、DISPERBYK--109、DISPERBYK-110、DISPERBYK-111、DISPERBYK-.112、DISPERBYK--115、DISPERBYK--116、DISPERBYK--130、DISPERBYK--140、DISPERBYK--142、DISPERBYK--145、DISPERBYK--160、DISPERBYK--161、DISPERBYK--162、DISPERBYK--163、DISPERBYK--164、 DISPERBYK--166、DISPERBYK--167、DISPERBYK--168、DISPERBYK--169、DISPERBYK--170、DISPERBYK-.171、DISPERBYK-.174、DISPERBYK-180、DISPERBYK-.192、
DISPERBYK-2010、DISPERBYK-2095、DISPERBYK-2163 ；迪高(TEGO)公司的 TEGO Dispers 610、TEG0 Dispers 650、TEG0 Dispers 670、TEG0 Dispers 685、TEG0 Dispers 700、 TEGO Dispers 710>TEGO Dispers 740W、TEGO Dispers 750ff>TEGO Dispers 7601本发明铝膏组合物所使用的磷酸酯可为式(I)表示
权利要求
一种用于太阳能电池组件的铝膏组合物，其特征在于包含以组合物总重量计(a)65 85wt％铝粉；(b)0.1 15wt％玻璃粉；(c)0.1 30wt％粘合剂；及(d)至少0.2wt％分散剂。
2.如权利要求1所述的铝膏组合物，其特征在于所述分散剂包含磷酸酯、亚麻籽油、 辛酸或其混合物。
3.如权利要求2所述的铝膏组合物，其特征在于所述分散剂为磷酸酯。
4.如权利要求3所述的铝膏组合物，其特征在于所述磷酸酯包含磷酸烷氧基烷基酯、 磷酸烷基酯或其混合物。
5.如权利要求3所述的铝膏组合物，其特征在于所述磷酸酯为磷酸异硬脂酯、磷酸 c9_15烷基酯、鲸蜡醇磷酸酯、鲸蜡醇聚醚-10磷酸酯、聚丙二醇-5-鲸蜡醇聚醚-10磷酸酯、 油醇聚醚_3磷酸酯或油醇聚醚_3磷酸酯。
6.一种太阳能电池组件，其包含电极或导线，其中所述电极或导线通过将权利要求1 至5中任一项所述的铝膏组合物印刷于硅基材上后进行干燥再进行烧结而形成。
全文摘要
本发明提供一种铝膏组合物，其包含(a)铝粉；(b)玻璃粉；(c)粘合剂；及(d)分散剂。本发明亦提供一种太阳能电池组件，其包含电极或导线，所述电极或导线通过将上述铝膏组合物涂布于硅基材上后进行干燥再进行烧结而形成。本发明铝膏组合物所含的分散剂，具有优异的高湿稳定性、能有效改善太阳能电池组件的翘曲问题并提高太阳能电池组件背面铝膏与银胶接口的密合力。
文档编号H01L31/0224GK101968975SQ20101026090
公开日2011年2月9日 申请日期2010年8月20日 优先权日2010年8月20日
发明者庄绚仁, 许再发 申请人:长兴化学工业股份有限公司