导电组合物的制作方法

文档序号:7105096阅读:280来源:国知局
专利名称:导电组合物的制作方法
技术领域
本发明设计一种导电组合物,尤其涉及一种用于太阳能电池的导电组合物及其制
造方法。
背景技术
太阳能电池藉由半导体材料将太阳的辐射能转变为电能。太阳能电池的结构主要包括光电转化层,此光电转化层藉由P型半导体材料及N型半导体材料所形成的PN接面(PN junction)所构成。当太阳光照射到光电转化层之上时,此光电转化层吸收太阳光中与半导体材料相对应波段的光,使光能以产生电子一电洞的形式转变为电能,从而实现光电转换,并对外接于P型半导体材料层及N型半导体材料层的金属引线的负载供电。
太阳能电池是利用光伏效应,将太阳光能转换为电能的半导体组件,基本上任何半导体的二极管皆可将光能转换成电能。太阳能电池产生电能是基于光导效应与内部电场两因素。因此,选择太阳能电池的材料时,必须考虑其材料的光导效应及如何产生内部电场。太阳能电池性能的高低主要以光电之间的转换效率来评断。而影响转换效率的因子包含太阳光强度、温度;材料的阻值与基质的质量、缺陷密度;PN接面的浓度、深度;表面对光反射率大小;金属电极线宽、线高、接触电阻。故而对各种影响因子须严密控制才得以制造出具有高转换效率的太阳电池。转换效率与制作成本为现今制造太阳能电池的主要考虑因素。目前市场上的太阳能电池产品,以硅为原料的太阳能电池市占率为较大。依晶体结构分类,分别为单晶太阳能电池、复晶太阳能电池以及非晶型太阳能电池等三种。以转换效率而言,目前仍以单晶硅太阳能电池为较高,约为24%的转换效率,复晶硅则近似次之约为19%,非晶型硅则约为11%左右。使用其它化合物半导体来作为光电转换基板,例如III-V族的砷化镓(GaAs),转换效率则可高达26%以上。如何提高其能量转换效率、降低硅晶圆厚度,亦是太阳能电池技术发展的主轴。关于晶圆厚度问题,现有技术上可利用一种雷射烧结电极制程(Laser-Fired Contact, LFC)技术,除可让电池厚度降至37 μ m以下,其效率并可达20%。其步骤大略为在太阳能电池的背表面上,利用蒸镀方式制作铝层与形成钝化层,经过雷射光打穿铝层以形成导电接点。雷射烧结方法可以有效地解决原先电能流失的问题,并且利用雷射烧结接点技术,不需要利用传统昂贵的微影、蚀刻技术于硅晶板背面的钝化层中形成洞图案,以容纳铝质电极。此外,为了将太阳能电池所产生的电流导引出来成为可用的电能,半导体基材的两端还须形成金属电极来将电流导至外部的电流负载端。然而,基材受光面(即正面)的金属电极会挡住受光面而阻碍太阳光之吸收,故太阳能电池的正面金属电极面积越小越好,以增加太阳能电池的受光区域。故此,现今一般的金属电极主要是利用网印技术在太阳能电池的两正反面印制出网状电极结构。所谓的网印电极备制,即利用网印的方法,把导电金属浆料(如银胶)依照所设计的图形印刷在已经过掺杂的硅基材上,并在适当的烧结条件下将导电金属浆料中的有机溶剂挥发,使金属颗粒与表面的硅形成硅合金,形成硅材之间良好的欧姆接触,进而成为太阳能电池的正反面金属电极。但是,过细的电极网线易造成断线,或使其电阻升高而降低了太阳能电池的转换效率,故如何达到细线化又不降低电池整体的发电效率便为此领域的技术重点。一般而言,金属电极的膜厚约为1(Γ25微米(um),而正面金属的网线(finger line)宽度约为12(T200um。以此类技术来制作太阳能电池电极有自动化、高产能及成本低之优点。而先前技术导电胶的成分易结成大团块,而不易穿过网版印刷的网孔或成网版破坏。此外,就一般太阳能电池硅基材而言(即非受光面),其背部电极结构包含了银电极部分(网线电极部分)与铝电极部分(及上述的背部电场部分)。目前一般业界作法是先在硅基材10的背面先用网印方式印上银电极11图形,之后于其上形成铝电极12层,如图I所示。由于铝的可焊性很差,无法以直接焊接方式将各太阳能电池模块连结,故一般业者会使用数条焊接带20焊在太阳能电池背部部分的银电极11区域上,使各发电模块间彼此电性连结整合。在图I结构中,银电极-硅基材接口 30以及铝电极-硅基材接口 50会于烧结过程中会形成共晶层而使其紧密接合。然而,银与铝之间不易形成共晶结构,其银电·极-铝电极接口 40处易发生剥离(peeling)现象,使得银电极与铝电极间产生裂隙让太阳能电池整体性能下降。故此,除了转换效率测试外,太阳能电池模块于制成后还须于背部进行焊接带10的拉力测试以及银电极-铝电极接口 40的剥离(peeling)测试,以确保模块背部结构的稳固。综上所言,可知除了形成PN接面的半导体基材外,制作太阳能电池最主要的材料就是导电组合物的部分。目前现有技术中的导电组合物都是由金属粉末(特别是银粉)、玻璃熔块、有机载体、以及添加剂(additive)等原料所组成。其成分、含量、比例、制程参数等都会影响到最后电极产物的性能。以背面金属电极为例,除了上述有关焊接带拉力大小与银铝电极接口剥离程度外,其用以形成之导电银组合物与铝组合物优劣亦会直接影响到其太阳能电池性能之转换效率H、开路电压Voc、短路电流Isc、填充因子、串联电阻Rs、以及分流电阻Rsh(shunt resistance)等,亦会决定有效之烧结温度范围Ts与黏着力之大小。故如何调配出一种能改善上述各项太阳能电池性能的导电组合物为目前业界研发的重点。通常银铝浆包含银粉与铝粉混合物,然而由于银与铝之间不易形成共晶结构,导致此传统的银铝浆导电胶拉力不足,并且银与玻璃熔块间容易剥离;且若导电颗粒全部采用银材料,将造成成本上升。因此,本发明提供一种优于现有传统的导电组合物的制造方法以克服上述缺点。

发明内容
有鉴于此,本发明提供一种导电组合物,包含导电功能混合物,所述导电功能混合物由金属与金属氧化物组成,该金属氧化物作为填充材料,以该金属作为主体,以提升拉力;其中该金属包含银,其中该金属氧化物重量百分比为O. 5至5% ;该金属氧化物包含氧化铝、氧化铜、氧化锌、氧化锆、氧化硅或以上的任意组合。金属氧化物的金属为2-4价金属。可选择性包含外层部,大致上覆盖于填充材料之部分表面上,其中该外层部至少包含金属或合金以提升导电率。其中上述金属氧化物之熔点大于烧结温度。其中金属氧化物包含金属、合金于金属氧化物之中;例如包含氧化铝、氧化铜、氧化锌、氧化锆、氧化硅或以上之任意组合。其中导电组合物更包含玻璃、添加剂或以上之任意组合;更包含有机载体,上述之金属氧化物、玻璃、添加剂混合于该有机载体之中。本发明还提供一种导电组合物,包含导电功能混合物,所述导电功能混合物由金属与金属氧化物组成,该金属氧化物作为填充材料,以该金属作为主体,以提升拉力;导电外层,大致上覆盖于该填充材料的部分表面上,其中该填充材料的材料成本低于该导电外层部成本;其中该金属氧化物包含氧化铝、氧化铜、氧化锌、氧化锆、氧化硅或以上的任意组合;该金属包含银。本发明还提供一种用于太阳能电池片的导电组合物,包含导电功能混合物,所述导电功能混合物由金属与金属氧化物组成,该金属氧化物作为填充材料,以该金属作为主体,以提升拉力;其中该金属包含银,其中该金属氧化物重量百分比为O. 5至5% ;该金属氧 化物包含氧化铝、氧化铜、氧化锌、氧化锆、氧化硅或以上的任意组合。以上所述用以阐明本发明的目的、达成此目的的技术手段、以及其产生的优点等等。而本发明可从以下较佳实施例的叙述并伴随后附附图及权利要求使读者得以清楚了解。


为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。图I为一种太阳能电池硅基材结构的剖面图;图2为一种硅晶圆太阳能电池结构的剖面图;图3为本发明实施例中一种导电组合物的制作流程图;图4为本发明实施例中拉力测试图;图5-图6为本发明实施例中以扫瞄式电子显微镜观察得到的氧化铝粉末微观结构图;图7-图9为本发明实施例中以扫瞄式电子显微镜观察得到的银/氧化铝(Ag/alumina)粒子微观结构图;图10-图12为本发明实施例中以扫瞄式电子显微镜观察得到的氧化铝(alumina)粒子微观结构图;图13-图18为本发明实施例中烧结时正面朝上或朝下的拉力示意图。主要组件符号说明10硅基材11银电极12铝电极20焊接带 30银电极-硅基材界面40银电极-铝电极界面
50铝电极-硅基材界面100硅晶圆太阳能电池101 第一电极102 P-N半导体层103 第二电极110、111、112 步骤
具体实施方式
本发明将配合其较佳实施例与随附的附图详述于下。应可理解者为本发明中所有的较佳实施例仅为例示之用,并非用以限制。因此除文中的较佳实施例外,本发明亦可广泛地应用在其它实施例中。且本发明并不受限于任何实施例,应以随附的权利要求及其同等领域而定。以下,将搭配参照相应的附图,详细说明依照本发明的较佳实施例。关于本发明新颖概念之更多观点以及优点,将在以下的说明提出,并且使熟知或具有此领域通常知识者可了解其内容并且据以实施。如图I所示,其显示一种硅晶圆太阳能电池结构的剖面图。此硅晶圆太阳能电池结构仅为本发明的一实施例,并非用以限制本发明之硅晶圆太阳能电池结构及其形成方法。如图2所不,娃晶圆太阳能电池100包含一第一电极101、第二电极103以及一 P-N半导体层102,两个电极都具导电性,其中至少有一个电极为透明材料。第一电极101的第一表面包含一 P-N半导体层(102)。第一电极101 (可称为工作电极或半导体电极)可包含任何具导电性的材料。举例而言,第一电极101可以是玻璃或PET、PEN塑料镀上镀氧化铟锡(ITO)或氧化氟锡(FTO);或者是使用导电性高分子亦可。第二电极103(可称为逆电极)可包括任何具有导电性质的材料。第二电极包括一导电基板,其包括至少一种选自氧化铟锡(ITO)、氧化氟锡(FTO)、镀钛金属薄片、氧化锌、三氧化二镓或三氧化二铝、锡基氧化物及其组合之材料。举一实施例而言,第一电极101与第二电极103的材料为透明材料与非透明材料的任意组合。须知本发明的导电组合物可以适用于任何型态的硅晶圆太阳能电池的正面或背面,也就是本发明所揭露的导电组合物可适用于正面或背面电极。不论何者,以背面电极做一实施例说明,本发明揭露一种导电组合物,可适用上述背面电极之材料与制作方法。其包含导电功能混合物,由金属与金属氧化物组成,金属氧化物作为填充材料(filler),以金属作为主体,以提升拉力;金属氧化物的金属为2-4价金属。外层部,可以选择性的大致上覆盖于填充材料的部分表面上,其中外层部至少包含金属或合金以提升导电率。其中上述金属氧化物之熔点大于烧结温度。其中该填充材料的重量百分比为:Γ5。当具有外层部涂布的金属氧化物导电颗粒经过制程加温处理后,其表面的外层部将会流窜于金属氧化物之间,填补空隙,其可以提升导电组合物间的结合力;且可以提升导电率而降低阻抗。再者,其中填充材料、外层部的材料可以选择成本低于主体成本,如此可以达到以低成本材质取代高成本核心,又可以增加拉力与导电率。底下将结合附图及实施例对本发明之导电组合物的制造方法作进一步详细说明。如图3所示,其显示本发明的用于太阳能电池中的导电组合物的制作流程图。首先,于步骤110中,将具表面导电涂布的填充材料、银粒、玻璃融块及添加剂添加到一有机载体中。其中粒径形状包含片状、球形、柱状、块状或符合尺寸的无特定形状。粒径尺寸范围为O. f 10微米(um)。上述有机载体可以选用氢氧丙基纤维素(HPC)、聚乙烯乙二醇(PEG)、聚乙烯氧化物(PEO)、聚乙烯醇(PVA)或聚乙烯吡喀酮(PVP)或其它高分子树脂等。有机载体可以改善填充材料、银粒的分散性,并且进一步地增加对基板的黏着性。之后,于步骤111中,利用混合器先行预混,例如是利用强力搅拌、超音波震荡(约5^10分钟)或均质机等方式以混合预分散溶液与有机载体,即混合填充材料、银粒、玻璃融块及添加剂与有机载体。最后,于步骤112中,利用三滚筒机进行分散研磨,以制备成银浆料,此即形成导电组合物。形成的氧化招,如图5-图6所不,其为扫猫式电子显微镜(scanning electronmicroscope SEM)之下的粒子微观结构图。图7-图9为以扫猫式电子显微镜观察得到的银/氧化铝(Ag/alumina)粒子微观结构图。图10-图12为系以扫瞄式电子显微镜观察得到的氧化招(alumina)粒子微观结构图。其中图7显示银/氧化铝粉末于不同频谱的粒子微观结构图。
权利要求
1.一种导电组合物,其特征在于包含导电功能混合物,所述导电功能混合物由金属与金属氧化物组成,该金属氧化物作为填充材料,以该金属作为主体,以提升拉力;其中该金属包含银,其中该金属氧化物重量百分比为O. 5至5% ;该金属氧化物包含氧化铝、氧化铜、氧化锌、氧化锆、氧化硅或以上的任意组合。
2.如权利要求I所述的导电组合物,其特征在于该银重量百分比小于或等于50%。
3.如权利要求I所述的导电组合物,其特征在于该氧化铝重量百分比为2至4%。
4.如权利要求I或2或3所述的导电组合物,其特征在于该金属氧化物的熔点大于烧结温度。
5.如权利要求4所述的导电组合物,其特征在于还包含玻璃、添加剂;上述的金属氧化物、玻璃、添加剂混合于有机载体之中。
6.一种导电组合物,其特征在于包含导电功能混合物,所述导电功能混合物由金属与金属氧化物组成,该金属氧化物作为填充材料,以该金属作为主体,以提升拉力;导电外层,大致上覆盖于该填充材料的部分表面上,其中该填充材料的材料成本低于该导电外层部成本;其中该金属氧化物包含氧化铝、氧化铜、氧化锌、氧化锆、氧化硅或以上的任意组合;该金属包含银。
7.如权利要求6所述的导电组合物,其特征在于该银重量百分比小于或等于50%。
8.如权利要求6所述的导电组合物,其特征在于该金属氧化物之熔点大于烧结温度。
9.如权利要求6所述的导电组合物,其特征在于还包含玻璃、添加剂;上述之填充材质、玻璃、添加剂混合于有机载体之中。
10.如权利要求6所述的导电组合物,其特征在于该氧化铝重量百分比为2至4%。
11.一种用于太阳能电池片的导电组合物,其特征在于包含导电功能混合物,所述导电功能混合物由金属与金属氧化物组成,该金属氧化物作为填充材料,以该金属作为主体,以提升拉力;其中该金属包含银,其中该金属氧化物重量百分比为O. 5至5%;该金属氧化物包含氧化铝、氧化铜、氧化锌、氧化锆、氧化硅或以上的任意组合。
12.如权利要求11所述的用于太阳能电池片的导电组合物,其特征在于该银重量百分比小于或等于50%。
13.如权利要求11或12所述的用于太阳能电池片的导电组合物,其特征在于该金属氧化物的熔点大于烧结温度。
14.如权利要求13所述的用于太阳能电池片的导电组合物,其特征在于还包含玻璃、添加剂;上述的金属氧化物、玻璃、添加剂混合于有机载体之中。
15.如权利要求11所述的用于太阳能电池片的导电组合物,其特征在于该氧化铝重量百分比为2至4%。
全文摘要
本发明提供一种导电组合物,包含导电功能混合物,由金属与金属氧化物组成,金属氧化物作为填充材料,金属作为主体;外层部,大致上覆盖于至少部分该填充材料之部分表面上,其中该外层部至少包含银或铜。
文档编号H01B1/16GK102903418SQ20121026973
公开日2013年1月30日 申请日期2012年7月30日 优先权日2011年7月29日
发明者戴国勋, 李弥涵, 郑仲杰, 陈星君 申请人:硕禾电子材料股份有限公司
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