太阳电池电极用的组合物和使用其制造的电极的制作方法
【专利说明】
[0001] 相关申请案的交叉参考
[0002] 本发明主张2014年1月9日在韩国知识产权局申请的第10-2014-0003038号韩 国专利申请案的权益，所述申请案的全部揭示内容以引用的方式并入本文中。
技术领域
[0003] 本发明的实施例涉及太阳电池电极用的组合物和使用所述组合物而制造的电极。
【背景技术】
[0004] 太阳电池使用将阳光的光子转换为电力的p-n结（p-njunction)的光伏效应而产 生电力。在太阳电池中，前电极和后电极形成在分别具有p-n结的半导体芯片或衬底的上 表面和下表面上。接着，p-n结处的光伏效应由进入半导体芯片的阳光诱发，且由p-n结处 的光伏效应产生的电子经由电极而将电流提供到外部。太阳电池的电极通过对电极组合物 进行涂覆、图案化和烘烤而形成在芯片上。
[0005] 持续减小发射极厚度以提高太阳电池效率可导致分流（shunting)，这可降低太阳 电池性能。此外，太阳电池的面积已逐渐增大以实现较高效率。然而，在此状况下，可存在 因太阳电池接触电阻（contact resistance)的提高而引起的效率降低的问题。
[0006] 因此，需要可提高电极与硅芯片之间的接触效率以将接触电阻（Re)和串联电阻 (Rs)减到最小进而提供优良的转换效率的太阳电池电极用的组合物。
【发明内容】
[0007] 根据本发明的一个方面，一种太阳电池电极用的组合物可包含：银（Ag)粉末；玻 璃料，含有元素银（Ag)、碲（Te)和锌（Zn);以及有机载体，其中所述玻璃料的Ag与Te的摩 尔比的范围为1 : 0.1到1 : 50,且Ag与Zn的摩尔比的范围为1 : 0.1到1 : 40。
[0008] 所述玻璃料可还包含选自由以下各个组成的群组的至少一种元素：铅（Pb)、铋 (Bi)、磷（P)、锗（Ge)、镓（Ga)、铈（Ce)、铁（Fe)、硅（Si)、锂（Li)、钨（W)、镁（Mg)、铯（Cs)、 锶（Sr)、钼（Mo)、钛（Ti)、锡（Sn)、铟（In)、钒（V)、钌（Ru)、钡（Ba)、镍（Ni)、铜（Cu)、钠 (Na)、钾（K)、砷（As)、钴（Co)、锆（Zr)、锰（Mn)、钕（Nd)、铬（Cr)、锑（Sb)和铝（Al)。
[0009] 以所述玻璃料的总摩尔数计，所述玻璃料可含有0. 1摩尔％到50摩尔％的所述元 素银（Ag)。
[0010] 所述元素银可源自选自由以下各个组成的群组的至少一种银化合物：氰化银、硝 酸银、卤化银、碳酸银和乙酸银。
[0011] 所述玻璃料可由所述银化合物和金属氧化物形成。所述金属氧化物可包含氧化碲 和氧化锌。
[0012] 所述金属氧化物可还包含选自由以下各个组成的群组的至少一种金属氧化物：氧 化铅、氧化祕、氧化磷、氧化锗、氧化镓、氧化铺、氧化铁、氧化娃、氧化锂、氧化鹤、氧化镁、氧 化铯、氧化锁、氧化钼、氧化钛、氧化锡、氧化铟、氧化轨、氧化钌、氧化钡、氧化镍、氧化铜、氧 化钠、氧化钾、氧化砷、氧化钴、氧化错、氧化猛、氧化钕、氧化络、氧化铺和氧化铝。
[0013] 所述组合物可包含：60wt% (单位：重量％ )到95重量％的银粉末；0· 1重量％到 20重量％的所述玻璃料；以及1重量％到30重量％的所述有机载体。
[0014] 所述玻璃料可具有0. 1微米到10微米的平均粒径（D50)。
[0015] 所述组合物可还包含选自由以下各个组成的群组的至少一种添加剂：分散剂、触 变剂、增塑剂、粘度稳定剂、消泡剂、颜料、UV稳定剂、抗氧化剂和偶联剂。
[0016] 根据本发明的另一方面，提供一种由所述太阳电池电极用的组合物形成的太阳电 池电极。
【附图说明】
[0017] 图1是根据本发明的一个实施例的太阳电池的示意图。
[0018] 附图标记说明：
[0019] 100 :衬底
[0020] 101 :p 层
[0021] 102 :n 层
[0022] 210:后电极
[0023] 230:前电极
【具体实施方式】
[0024] 太阳电池电极用的组合物
[0025] 根据本发明的太阳电池电极用的组合物包含：银（Ag)粉末；玻璃料，含有元素银 (Ag)、碲（Te)和锌（Zn);以及有机载体，其中所述玻璃料的Ag与Te的摩尔比的范围为 1 : 0.1到1 : 50,且Ag与Zn的摩尔比的范围为1 : 0.1到1 : 40。如本文中所使用，摩 尔比指每一金属元素的摩尔比。
[0026] 现将更详细地描述根据本发明的太阳电池电极用的组合物的每一组份。
[0027] ⑷银粉末
[0028] 根据本发明的太阳电池电极用的组合物包含银（Ag)粉末作为导电粉末。所述银 粉末的颗粒大小可为纳米级或微米级。举例来说，所述银粉末可具有数十到数百纳米或数 微米到数十微米的颗粒大小。或者，所述银粉末可为具有不同颗粒大小的两种或两种以上 类型的银粉末的混合物。
[0029] 所述银粉末可具有球形、片形或非晶形。
[0030] 在一个实施例中，所述银粉末可具有0. 1微米到10微米的平均粒径（D50)。在另一 实施例中，所述银粉末可具有0. 5微米到5微米的平均粒径（D50)。可在经由超声波处理在 25°C下将所述导电粉末分散在异丙醇（IPA)中持续3分钟后使用（例如）Model 1064D (法 国激光工业有限公司（CILAS Co.，Ltd.))来测量平均粒径。在平均粒径的这个范围内，所 述组合物可提供低接触电阻和低线电阻（line resistance)。
[0031] 以所述组合物的总重量计，所存在的所述银粉末的量可为60重量％到95重量％。 在这个范围内，所述导电粉末可防止因电阻的提高而引起的转换效率降低以及防止因所述 有机载体的量的相对减少而引起难以形成膏状物。在一些实施例中，所存在的所述导电粉 末的量可为70重量％到90重量％。
[0032] ⑶玻璃料
[0033] 所述玻璃料用于增强所述导电粉末与芯片之间的粘着。且所述玻璃料用于通过蚀 刻抗反射层和在所述电极用的组合物的烘烤工艺期间使所述银粉末熔融以便降低接触电 阻而在发射极区域中形成银晶粒。此外，在所述烘烤工艺期间，所述玻璃料软化且降低烘烤 温度。
[0034] 当增大太阳电池的面积以便提高太阳电池效率时，可存在太阳电池接触电阻提高 的问题。因此，有必要将串联电阻与对p-n结的影响两者减到最小。此外，烘烤温度可由于 具有不同薄层电阻的各种芯片的增加的使用而在广泛范围内变化。在此状况下，希望所述 玻璃料确保足够的热稳定性以耐受广泛范围的烘烤温度。
[0035] 所述玻璃料可由银（Ag)化合物和金属氧化物形成。具体来说，所述玻璃料可通过 将银化合物和金属氧化物混合、熔融和粉碎来制备，所述银化合物具有l〇〇〇°C或1000°C以 下的分解温度，在所述分解温度下，所述银化合物分解为Ag离子。所述金属氧化物可包含 至少一种金属氧化物。
[0036] 所述银化合物为离子化合物，且可包含氰化银（AgCN)、硝酸银（AgNO3)、卤化银 (Ag-X)、碳酸银（Ag 2CO3)、乙酸银（AgC2H3O2)、氧化银（Ag 2O)和其混合物。在所述卤化银 (Ag-X)中，X可为碘、氟、氯或溴，且具体来说，X可为碘。
[0037] 在一个实施例中，所述金属氧化物可包含氧化碲和氧化锌。
[0038] 在另一实施例中，所述金属氧化物可还包含选自由以下各个组成的群组的至少一 种金属氧化物：氧化铅、氧化祕、氧化磷、氧化锗、氧化镓、氧化铺、氧化铁、氧化娃、氧化锂、 氧化鹤、氧化镁、氧化铯、氧化锁、氧化钼、氧化钛、氧化锡、氧化铟、氧化轨、氧化钡、氧化镍、 氧化铜、氧化钠、氧化钾、氧化砷、氧化钴、氧化错、氧化猛、氧化钕、氧化络、氧化铺和氧化 错。
[0039] 在一个实施例中，从所述银化合物和所述金属氧化物制备的所述玻璃料可包含元 素银（Ag)、元素碲（Te)和元素锌（Zn)。
[0040] 所述玻璃料的Ag与Te的摩尔比的范围可为1 : 0. 1到1 : 50。在一些实施例 中，所述玻璃料的Ag与Te的摩尔比的范围可为1 : 0.5到1 : 40。当所述玻璃料含有过 量的Te以至于Ag与Te的摩尔比大于1 : 50时，玻璃中的Ag的含量相对小，因此提供微 不足道的效果。当所述玻璃料含有过量的Ag以至于Ag与Te的摩尔比大于1 : 0. 1时，玻 璃的固有性质可降低。
[0041] 此外，所述玻璃料的Ag与Zn的摩尔比的范围可为1 : 0. 1到1 : 40。在一些实 施例中，所述玻璃料的Ag与Zn的摩尔比的范围可为1 : 0. 1到1 : 35。当所述玻璃料含 有过量的Zn以至于Ag与Zn的摩尔比大于1 : 40时，玻璃中的Ag的含量相对小，因此提 供微不足道的效果。当所述玻璃料含有过量的Ag以至于Ag与Zn的摩尔比大于1 : 0.1 时，玻璃的固有性质可降低。
[0042] 在另一实施例中，所述玻璃料可还包含选自由以下各个组成的群组的至少一种元 素：铅（Pb)、铋（Bi)、磷（P)、锗（Ge)、镓（Ga)、铈（Ce)、铁（Fe)、硅（Si)、锂（Li)、钨（W)、镁 (Mg)、铯（Cs)、锶（Sr)、钼（Mo)、钛（Ti)、锡（Sn)、铟（In)、钒（V)、钡（Ba)、镍（Ni)、铜（Cu)、 钠（Na)、钾（K)、砷（As)、钴（Co)、锆（Zr)、锰（Mn)、钕（Nd)、铬（Cr)、锑（Sb)和铝（Al)。
[0043] 以所述玻璃料的总摩尔数计，所述玻璃料可含有0. 1摩尔％到50摩尔％的元素 银、优选〇. 5摩尔％到40摩尔％的元素银。
[0044] 可通过电感親合式等离子体发射光谱法（Inductively Coupled Plasma-Optical Emission Spectroscopy，ICP-0ES)来测量所述玻璃料中所含有的每一元素金属的含量。 ICP-OES需要极少的样本量，且因此可缩短样本准备时间且减少因样本的预处理所致的误 差，同时提供优良的分析灵敏度。
[0045] 具体来说，ICP-OES可包含：对样本进行预处理；制备标准溶液；以及通过测量并 转换目标元素的浓度而计算玻璃料中的每一元素的含量，进而实现所述玻璃料中的每一元 素的含量的精确测量。
[0046] 在对样本进行预处理的操作中，可将预定量的样本溶解在能够溶解样本玻璃料的 酸溶液中，且接着加热以碳化。酸溶液可包含（例如）硫酸（H 2SO4)溶液。
[0047] 可用例如蒸馏水或过氧化氢（H2O2)等溶剂来稀释碳化的样本直到允许进行将分 析的元素的分析的适当程度。鉴于ICP-OES测试器的元素检测能力，可按照10, OOOxs来稀 释碳化的样本。
[0048] 在以ICP-OES测试器进行的测量中，可使用标准溶液（例如，将分析的元素的标准 溶液）来校准预处理的样本。
[0049] 举例来说，所述玻璃料中的每一元素的摩尔比的计算可通过以下方式来实现：将 标准溶液引入到ICP-OES