用于太阳能电池电极的组合物以及使用其制备的电极的制作方法
【专利说明】
[0001] 相关申请案的交叉参考
[0002] 本发明要求2014年11月19日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请案第 10-2014-0161957号的权益，所述申请案的全部公开内容以引用的方式并入本文中。
技术领域
[0003] 本发明涉及一种用于太阳能电池电极的组合物以及使用其制备的电极。
【背景技术】
[0004] 太阳能电池使用将日光的光子转化成电的p-n结（p-n junction)的光生伏打效 应（photovoltaic effect)产生电能。在太阳能电池中，前电极和后电极分别形成于具有 p-n结的半导体晶片或衬底的上表面和下表面上。随后，通过进入半导体晶片的日光诱发 p-n结处的光生伏打效应并且通过p-n结处的光生伏打效应产生的电子将电流经由电极提 供到外部。通过涂覆、图案化以及烘烤用于电极的组合物在晶片上形成太阳能电池的电极。
[0005] 为了提高太阳能电池电极的转化效率，相关技术中已知经制备以通过增强关于 晶片的接触效率来提供最小化接触电阻（contact resistance，Re)和串联电阻（serial resistance，!^)的用于太阳能电池电极的组合物，或经制备以通过经由使用有机物质调节 丝网掩模图案（screen mask pattern)的线宽形成细线（fine line)来增加短路电流（short circuit current，Isc)的用于太阳能电池电极的组合物。然而，使用丝网掩模减小电极线 宽的方法可引起串联电阻（Rs)增加以及精细图案的连续可印刷性降低。
[0006] 用于太阳能电池电极的组合物采用有机载体（organic vehicle)以便为印刷赋 予适合的粘度和流变特性，且有机载体可通常包含有机粘合剂（organic binder)、溶剂或 其类似物。有机粘合剂可选自纤维素树脂（cellulose resin)或丙稀酸酯树脂（acrylate resin)。乙基纤维素 （ethyl cellulose)通常被用作有机粘合剂。然而，所述有机粘合剂 的问题在于必须考虑到有机粘合剂在溶剂中的溶解度。
[0007] 为了增加分散性和储存稳定性，有机粘合剂的含量可增加，或可使用高分子量有 机粘合剂。
[0008] 然而，当有机粘合剂的含量增加时，所得电极可具有高电阻。另外，当使用高分子 量有机粘合剂时，用于电极的组合物的粘度甚至在高剪切速率（shear rate)下也变得较 高，由此引起拖尾（tailing)和印刷疵点（printing defect)。
[0009] 尽管组合物可包含添加剂以便增加分散性和储存稳定性，但如聚乙烯吡咯 烧酮（polyvinyl pyrrolidone)的分散剂在有机溶剂中的溶解度较差，且如增塑剂 (plasticizer)的低分子量添加剂可在长期储存中遇到相分离的问题，由此对糊料 (paste)的储存稳定性提供不利影响。
[0010] 因此，需要一种可提高分散性和储存稳定性而无需单独添加剂同时保证在溶剂中 的溶解度的有机粘合剂。
【发明内容】
[0011] 根据本发明的一个方面，用于太阳能电池电极的组合物包含银（Ag)粉末（silver powder)、玻璃料（glass frit)、有机粘合剂（organic binder)以及溶剂（solvent)，其中 所述有机粘合剂包含含有由式1表示的重复单元的化合物：
[0012] [式 1]
[0013]
[0014] 其中1?1是恥+、1(+、順 4+或？!13+;1?2是氢原子或(： 1到（：2烷基（&11^18仰即）；以及11 是1到3, 500的整数。
[0015] 有机粘合剂可包含含有由式2表示的重复单元的化合物：
[0016] [式 2]
[0017]
[0018] 其中1^是Na+、K+、NH4 +或PH3+;R2是氢原子、C丨到C6烷基、轻丙基（hydroxypropyl group)或轻乙基（hydroxyethyl group) ;R3以及1?4各自独立地是氢原子或C丨到C2烷基； 以及Hi 1以及m2各自独立地是1到3, 000的整数。
[0019] 所述组合物可包含60重量％ (wt% )到95重量％银（Ag)粉末；0· 5重量％到20 重量％玻璃料；1重量％到30重量％有机粘合剂；以及1重量％到30重量％溶剂。
[0020] 玻璃料可包含选自以下各个之中的至少一个：铅（Pb)、碲（Te)、铋（Bi)、锂（Li)、 磷（P)、锗（Ge)、镓（Ga)、铈（Ce)、铁（Fe)、硅（Si)、锌（Zn)、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)和铝（Al)。
[0021] 溶剂可包含选自以下各个之中的至少一个：甲基溶纤剂（methyl cellosolve)、 乙基溶纤剂（ethyl cellosolve)、丁基溶纤剂（butyl cellosolve)、脂肪醇（aliphatic alcohol)、α -松油醇（a -terpineol)、β -松油醇（β -terpineol)、二氢-松油醇 (dihydro-terpineol)、乙二醇（ethylene glycol)、乙二醇单丁基酿（ethylene glycol monobutylether)、丁基溶纤剂乙酸酯（butyl cellosolve acetate)和 2,2,4_ 三甲基 _1， 3-戊二醇单异丁酸酯（2, 2,4-trimethyl_l，3-pentanediol monoisobutyrate)。
[0022] 玻璃料的平均粒径（average particle dizmeter，D50)可为0· 1微米到10微米。
[0023] 所述组合物可包含选自以下各个之中的至少一个：触变剂（thixotropic agent)、 粘度稳定剂（viscosity stablizer)、消泡剂（anti-foaming agent)、色素（pigment)、UV 稳定剂（UV stabilizer)、抗氧化剂（antioxidant)和偶合剂（coupling agent)。
[0024] 本发明的一个目的是提供一种在分散性和储存稳定性方面具有极佳特性的用于 太阳能电池电极的组合物。
[0025] 本发明的另一个目的是提供一种允许形成精细图案并且展现极佳可印刷性的用 于太阳能电池电极的组合物。
[0026] 本发明的另一个目的是提供一种由所述组合物制备的电极。
[0027] 根据本发明的用于太阳能电池电极的组合物在分散性和储存稳定性方面具有极 佳特性，允许形成精细图案，并且展现极佳可印刷性。
【附图说明】
[0028] 图1是根据本发明的一个实施例的太阳能电池的示意图。
【具体实施方式】
[0029] 用于太阳能电池电极的组合物
[0030] 用于太阳能电池电极的组合物可包含银（Ag)粉末；玻璃料；有机粘合剂；以及溶 剂。现在，将更详细地描述根据本发明的用于太阳能电池电极的组合物的每一组分。
[0031] ⑷银粉末
[0032] 根据本发明的用于太阳能电池电极的组合物包含银（Ag)粉末作为导电粉末。银 粉末的粒径可为纳米或微米级。举例来说，银粉末的粒径可为几十纳米到数百纳米，或数微 米到几十微米。可替代地，银粉末可为具有不同粒径的两种或多于两种类型银粉末的混合 物。
[0033] 银粉末的形状可为球形、片状或无定形。
[0034] 银粉末的平均粒径（D50)优选地是0. 1微米到10微米，更优选地是0. 5微米到5 微米。在经由超声波处理在25°C下在异丙醇（isopropyl alcohol，IPA)中分散导电粉末3 分钟之后可使用型号1064LD粒径分析仪（西莱斯有限公司（CILAS Co.，Ltd.))测量平均 粒径。在此范围内，所述组合物可提供低接触电阻和低线路电阻（line resistance)。
[0035] 银粉末可以按组合物的总重量计60重量％到95重量％的量存在。在此范围内， 导电粉末可防止因电阻增加以及由于有机载体量相对减少而难以形成糊料所引起的转化 效率降低。举例来说，银粉末可以70重量％到90重量％的量存在。在一个实施例中，银 粉末的存在量可以是60重量％、61重量％、62重量％、63重量％、64重量％、65重量％、66 重量％、67重量％、68重量％、69重量％、70重量％、71重量％、72重量％、73重量％、74重 量％、75重量％、76重量％、77重量％、78重量％、79重量％、80重量％、81重量％、82重 量％、83重量％、84重量％、85重量％、86重量％、87重量％、88重量％、89重量％、90重 量％、91重量％、92重量％、93重量％、94重量％或95重量％。
[0036] (B)玻璃料
[0037] 玻璃料用来增加导电粉末与晶片之间的粘着性（adhesion)并且通过蚀刻抗反射 膜（anti-refle