专利名称：导电糊剂及包含此导电糊剂的太阳能电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种导电糊剂(conductive paste),特别是涉及一种高反射率的导电糊剂及包含此导电糊剂的太阳能电池。
背景技术：
由于印刷制程具有生产快速、低污染及设备成本低廉等优势，近年来印刷式导电糊剂的使用量具有大幅增加的趋势，其可广泛应用在制作触控元件、电子线路、功能元件及薄膜按键等范围。金属导电糊剂的设计会根据应用领域及应用场所的不同而有所差异，例如应用于柔性电子材料的配方须具备可弯曲性及与柔性基材附着性良好等特性，因此各种具功能性导电糊剂陆续被开发出来。随着近来环保意识抬头，太阳能电池及发光二极体(LED)等替代能源及节能等产品逐渐受到重视，因此相对应的导电糊剂开发也刻不容缓。太阳能电池的功用主要是将光能转换成电能，当阳光照射在太阳能电池时，其光能可提升半导体中的原子外层电子的势能，使电子-空穴对分开，此时分离的电子空穴即可形成电流(电能)。传统太阳能电池在底部溅镀(sputter)(或网印)一层金属(银或铝)当作电极，使所产生的电子传送至外界。其虽具有较佳导电效果，但因太阳能电池为了使光线有较长的路径以增加光吸收机率，多半会使用具有微米结构的基板(TCO Glass)，会使溅镀于此基板上的银也具有相似的微米结构而产生表面等离子体效应(plasma effect),造成不必要的光吸收，因此其反射性效果较差，而表面等离子体效应所产生的吸收除了无法转为电能利用之外，同时会以热的形式传导至电池上，造成效率的降低，故无法使阳光被有效利用。Oerlikon公司为增加太阳能电池效率，在太阳能基板底部涂上一层白漆使光线可以在进入太阳能电池内部激发电子-空穴对分离后再次反射回去做第二次激发。此技术虽可解决因界面问题所造成的光损，但其透明导电层的厚度需增加(> 1.5μπι)使其具有足够的导电性且透明导电层的载流子会有吸收长波长光线的问题。由上述可知，入射光的反射再利用对于太阳能电池的效率提升具有重要作用。
发明内容本发明的一实施例，提供一种导电糊剂，包括高分子基材；以及填充物，混掺于该高分子基材中，其中该填充物为非球状，且该填充物至少一个维度的尺寸大于或等于λ/2η,其中λ为该导电糊剂所反射光线的波长，η为该填充物的折射率,其中该闻分子基材与该填充物的重量比为3 7至7 3。该填充物包括金、银、铜、铝、钛或其混合物。该填充物包括管状、线状、棒状、片状填充物或其组合。该导电糊剂所反射光线的波长介于200 1，200nm。本发明的一实施例，提供一种太阳能电池，包括基板；第一导电层，形成于该基板上；光电转换层，形成于该第一导电层上；第二导电层，形成于该光电转换层上；以及导电反射层，形成于该第二导电层上，其中该导电反射层包括上述的导电糊剂。为让本发明的上述目的、特征及优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，作详细说明如下
图I是根据本发明一实施例的一种太阳能电池结构；图2是根据本发明一实施例，不同填充物材料在欲反射光源的波长为200 1200nm时，该波长范围对应填充物某一维度特征长度(λ/(2η))的关系图；图3是根据本发明一实施例的各种涂层在平板基板上(表面粗糙镀小于5nm)的反射率；图4是根据本发明一实施例的各种涂层在雾化基板上(表面粗糙度 IOOnm)的反射率；以及图5是根据本发明一实施例的薄膜型太阳能电池光电转换效率的比较。主要附图标记说明10 太阳能电池；12 基板；14 第一导电层；16 光电转换层；18 第二导电层；20 导电反射层。
具体实施方式本发明的一实施例，提供一种导电糊剂，包括高分子基材，以及填充物，混掺于高分子基材中。值得注意的是，上述混掺于高分子基材中的填充物为非球状的(non-spherical),且填充物至少一维度的尺寸大于或等于λ/2η,其中λ为导电糊剂所反射光线的波长，介于200 1，200nm，n为填充物的折射率。在导电糊剂中，高分子基材与填充物的重量比为3 7至7 3或7 3至6 4。上述高分子基材可包括压克力树脂、乙烯-醋酸乙烯酯(ethylene vinylacetate)树脂、聚碳聚酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、环氧树脂、氨基甲酸酯(urethane)树脂、聚乙烯醇(polyvinyl alcohol)、聚乙烯基卩比卩比咯烧酮(polyvinyl pyrrolidone)、纤维素(cellulose)或其类似物。上述纤维素可包括甲基纤维素、乙基纤维素或羟基乙基纤维素。上述填充物可包括金、银、铜、铝、钛或其混合物，其形状可包括管状、线状、棒状、片状或其组合。在一实施例中，片状银与线状银的重量比例如为I : I至7 : I或3 : I。本发明导电糊剂还包括助剂，该助剂混掺于高分子基材中。上述助剂可包括消泡剂或流变控制剂(rheology control agent)。消泡剂例如醇类化合物、聚醚类化合物、酰胺类化合物、脂肪酸酯类化合物、有机硅高分子类化合物、酮类化合物、芳香族类化合物或其混合物。醇类化合物例如为烷基醇类化合物(如辛醇或异戊醇)，聚醚类化合物例如为乙二醇丁醚，酮类化合物例如为二异丁基甲酮。在一实施例中，含有乙二醇丁醚的助剂例如为BYK020(乙二醇丁醚、乙基乙醇与溶剂汽油的混合物)或BYKET0L WS (乙二醇丁醚主溶剂8%)，含有二异丁基甲酮的助剂例如为BYK066N或BYK060N，含有高沸点芳香族的助剂例如为BYK055 (高沸点芳香族/丙二醇甲醚醋酸酯)、BYK057 (高沸点芳香族/丙二醇甲醚醋酸酯)。流变控制剂例如N-甲基吡咯烷酮、聚丙二醇或其混合物。含有N-甲基吡咯烷酮的流变控制剂例如BYK410或BYK420，含有聚丙二醇的流变控制剂例如BYK425。本发明的导电糊剂还包括至少一种溶剂,例如酮类、醇类、醚类、酯类、水、其他合适的有机溶剂或其混合物。在一实施例中，酮类可包括丙酮、环己酮、异佛尔酮或N-甲基吡咯烷酮(NMP)。醇类可包括乙醇、松油醇、乙二醇或异丙醇。醚类可包括乙二醇甲醚、丙二醇二甲醚或乙二醇丁醚。酯类可包括乙酸乙酯、或乳酸丁酯丙二醇乙醚乙酸酯(propyleneglycol monoether acetate)、碳酸二甲酯或丁内酯。其他合适的有机溶剂例如二甲基亚砜(Dimethyl sulfoxide)。在一实施例中，溶剂为N-甲基卩比卩比咯烧酮(N-methyl pyrrol idone, NMP)与另一酮类、醇类、醚类、酯类或水的混合物。在一实施例中，溶剂为丁内酯(butyrolactone)与另一酮类、醇类、醚类、酯类或水的混合物。在一实施例中，溶剂为松油醇(terpineol)与另一醇类的混合物。在一实施例中，导电糊剂所添加的溶剂主要以一种或一种以上的低挥发性液体搭配相容的低沸点溶剂以降低糊剂成型温度及挥发速度。上述添加于导电糊剂中的溶剂其沸点或共沸点大体介于摄氏90 150度或90 110度。请参阅图I，根据本发明的一实施例，说明一种太阳能电池结构。太阳能电池10包括基板12、第一导电层14、光电转换层16、第二导电层18以及导电反射层20。第一导电层14形成于基板12上。光电转换层16形成于第一导电层14上。第二导电层18形成于光电转换层16上。导电反射层20形成于第二导电层18上。值得注意的是，导电反射层20包括上述的导电糊剂。上述基板可为玻璃基板，根据本发明的一实施例，基板可具有雾化结构(例如为具有雾化结构的玻璃基板)。上述第一导电层与第二导电层可包括氧化铟锡(indium tin oxide, ITO)、氟掺杂氧化锡(fluorine-doped tin oxide, FT0)、氧化锋(ZnO)、嫁惨杂氧化锋(gallium-dopedzinc oxide, GZ0)、氧化铟嫁锋(indium-galIium-zinc oxide, IGZ0)、招惨杂氧化锋(aluminum doped zinc oxide, ΑΖ0)或其类似物。上述光电转换层可包括结晶硅、非晶硅、砷化镓(GaAs)、碲化镉(CdTe)或铜铟镓硒(copper indium gallium selenide, CIGS)。上述第二导电层的厚度大体介于50 100nm。本发明导电糊剂亦可应用于发光二极体(LED)的PCB板。本发明主要是利用不可衍射材料(non-diffractive material)或上述材料的混合物当作导电填充物制作高反射率的可网印式导电糊剂，使其在太阳能电池底部可经加热或于自然常温下成型(成型温度大体介于摄氏50 150度)。本发明导电糊剂应用于太阳能电池具有可降低界面所导致的光吸收及光散射问题、降低制作成本及减少透明导电层的厚度等优点。本发明所定义的光的不可衍射材料的至少有一个维度须满足d ^ λ /(2n)，其中d为填充物某一维度的特征长度，λ为欲反射光源的波长及η为材料的折射率。本发明所使用的不可衍射材料形状可为管状、线状、棒状或片状，其中线状及片状具有较佳效果。本发明填充物材料例如为金、银、铜或铝，而欲反射光源的波长介于200 1，200nm。本发明填充物某一维度的特征长度d须满足d > λ / (2η)，请参阅图2，当填充物材料为金时，d ^ 2. 3 μ m,当填充物材料为银时，d ^ 2. 8 μ m,当填充物材料为铜时，d ^ I. 7 μ m,当填充物材料为铝时，d ^ O. 8μπι0 此外，本发明具有高反射率的金属导电糊剂也可应用在LED板上的线路制作。传统LED的PCB板上线路可通过导电糊剂进行图案制作。本发明所开发的导电糊剂具高反射率，其可使LED所产生的光大都反射至外界，减少因材料散射或吸收所造成的光损失。各种糊剂的制备及电性实施例I以纳米银片及纳米银线作为填充物的糊剂将20克压克力树脂(公司DSM ;型号ΝΕ0 B890)溶入35克N-甲基吡咯烷酮(NMP)及15克丙酮中，并以搅拌机于空气中搅拌30分钟直至冷却至室温。接着，将30克纳米银片(长、宽为5μπι;厚度约为70nm)、10克纳米银线(直径约为80 IOOnm ;长度10 25 μ m)、0· 5克稳泡剂(公司=BYK ;型号ΒΥΚ390)及O. 5克消泡剂(公司=BYK ;型号BYK-WS)加入糊剂内并以200rpm的转速持续搅拌30分钟。搅拌完的糊剂再移至滚轧机进行三次滚碾分散。将所得的糊剂涂布于玻璃基材表面，经10分钟、100°C加热后成型。利用四点探针检测成型后的导电层，其片电阻为O. 0054ohm/Sq。实施例2将17克乙基纤维素(ethyl cellulose)溶入45克松油醇(terpineol)中，并以搅拌机于空气中搅拌30分钟直至冷却至室温。接着，将20克纳米银片(长、宽为5μπι;厚度约为70nm)及20克纳米银线(直径约为80 IOOnm ;长度10 25 μ m)及O. 4克消泡剂(公司BYK ;型号BYKetoh-0K)加入糊剂内并以200rpm的转速持续搅拌30分钟。搅拌完的糊剂再移至滚轧机进行三次滚碾分散。将所得的糊剂涂布于玻璃基材表面，经10分钟、100°C加热后成型。利用四点探针检测成型后的导电层，其片电阻为O. 0042ohm/Sq。实施例3将20克压克力树脂(公司DSM ;型号ΝΕ0 B890)溶入35克N-甲基吡咯烷酮(NMP)及15克丙酮中，并以搅拌机于空气中搅拌30分钟直至冷却至室温。接着，将35克纳米银片(长、宽为5μπι;厚度约为70nm)、5克纳米银线(直径约为80 IOOnm;长度10 25 μ m)、0· 5克稳泡剂(公司=BYK ;型号ΒΥΚ390)及O. 5克消泡剂(公司=BYK ;型号BYK-WS)加入糊剂内并以200rpm的转速持续搅拌30分钟。搅拌完的糊剂再移至滚轧机进行三次滚碾分散。将所得的糊剂涂布于玻璃基材表面，经10分钟、100°C加热后成型。利用四点探针检测成型后的导电层，其片电阻为O. 0417ohm/Sq。本发明实施例利用不可衍射的纳米导电材料作为糊剂的填充物，以减少材料对光的散射及吸收损失，从而制作兼顾导电特性的高反射率可网印式导电糊剂。使用具高反射率的纳米银片及可增加接触机率降低接触电阻的纳米银线作为导电糊剂的填充物，通过两种材料的特性制作出高导电及高反射率的导电糊剂。比较实施例I以二氧化钛粒子作为填充物的糊剂将20克压克力树脂(公司DSM ;型号ΝΕ0 B890)溶入45克N-甲基吡咯烷酮(NMP)中。然后，置于空气中搅拌，使其冷却至室温。接着，将30克、粒径IOOnm的二氧化钛粒子加入压克力糊剂内，以200rpm速度持续搅拌30分钟后，移至滚轧机进行三次滚碾分散。将所完成的糊剂分别涂布在平面玻璃及具有雾化(haze)结构的玻璃进行反射率及电性检测。经由四点探针检测结果显示，利用二氧化钛粒子作为填充物的反射层不具导电性。比较实施例2
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以纳米银粒子作为填充物的糊剂太阳能电池背电极除须考虑反射外，导电性也是影响太阳能电池转换效率因素之一。以20nm的纳米银粒子作为糊剂填充物，使所制作出的糊剂具有反射效果及导电效果。首先，将20克压克力树脂(公司DSM ;型号ΝΕ0 B890)溶入40克N-甲基吡咯烷酮(NMP)及15克丙酮中，使溶剂的共沸点下降及降低挥发速度。将所制作出的糊剂以搅拌机于空气中搅拌30分钟直至冷却至室温。接着，将35克的纳米银(粒径20nm)及O. 5克辛醇加入糊剂内并以200rpm的转速持续搅拌30分钟后，移至滚轧机进行三次滚碾分散。将所得的糊剂涂布于玻璃基材表面，经10分钟、100°C加热后成型。利用四点探针检测成型后的导电层，其片电阻为O. 25ohm/sq。比较实施例3以溅镀银作为背电极目前薄膜太阳能电池常以溅镀银作为背电极，其厚度约为200nm，片电阻约为O.0036ohm/sq。上述各种糊剂的组成及电性如表I所示。表I
权利要求
1.一种导电糊剂，包括闻分子基材；以及填充物，混掺于该高分子基材中，其中该填充物为非球状，且该填充物的至少一个维度的尺寸大于或等于λ/2n，其中λ为该导电糊剂所反射的光线的波长，η为该填充物的折射率，其中该高分子基材与该填充物的重量比为3 : 7至7 : 3。
2.如权利要求I所述的导电糊剂，其中该高分子基材包括压克力树脂、乙烯-醋酸乙烯酯树脂、环氧树脂、氨基甲酸酯树脂、纤维素等。
3.如权利要求I所述的导电糊剂，其中该填充物包括金、银、铜、铝、钛或其混合物。
4.如权利要求I所述的导电糊剂，其中该填充物包括管状、线状、棒状、片状或其组合。
5.如权利要求I所述的导电糊剂，还包括助剂，该助剂混掺于该高分子基材中。
6.如权利要求I所述的导电糊剂，还包括至少一种溶剂，其沸点或共沸点为90 150。。。
7.如权利要求I所述的导电糊剂，其中该导电糊剂所反射光线的波长为200 1200nm。
8.一种太阳能电池，包括基板；第一导电层，形成于该基板上；光电转换层，形成于该第一导电层上；第二导电层，形成于该光电转换层上；以及导电反射层，形成于该第二导电层上，其中该导电反射层包括如权利要求I所述的导电糊剂。
9.如权利要求8所述的太阳能电池，其中该第二导电层的厚度为50 lOOnm。
10.如权利要求8所述的太阳能电池，其中该光电转换层包括结晶硅、非晶硅、砷化镓、 碲化镉或铜铟镓硒。
11.如权利要求8所述的太阳能电池，其中该基板具有雾化结构。
全文摘要
本发明提供一种导电糊剂，包括高分子基材；以及混掺于该高分子基材中的填充物，其中该填充物为非球状，且该填充物至少一个维度的尺寸大于或等于λ/2n，其中λ为该导电糊剂所反射的光线的波长，n为该填充物的折射率，其中该高分子基材与该填充物的重量比为3∶7至7∶3。本发明另提供一种太阳能电池，包括基板；第一导电层，形成于该基板上；光电转换层，形成于该第一导电层上；第二导电层，形成于该光电转换层上；以及导电反射层，形成于该第二导电层上，其中该导电反射层包括上述的导电糊剂。
文档编号H01B1/22GK102930920SQ20111041064
公开日2013年2月13日 申请日期2011年12月12日 优先权日2011年8月8日
发明者王裕铭, 张高德, 黄建福, 吴建良, 刘俊岑 申请人:财团法人工业技术研究院