专利名称：用于太阳能电池背电极的铝浆的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于太阳能电池背电极的铝浆。
背景技术：
通常，结晶硅太阳能电池使用一种厚180 220 μ m的P-型硅基板。在P-型硅基板的前表面上形成厚0. 2 0. 6 μ m的N-型杂质层，而且在N-型杂质层上依次形成抗反射用SiNx层与前电极。此外在P-型硅基板的背表面上形成铝电极。此铝电极的形成方法为使用丝网印刷等涂布铝浆，将涂布的铝浆干燥，然后在低温(约600°C )及高温(800 950°C)两阶段煅烧已干燥的铝浆。在此煅烧工序中，铝扩散至P-型硅基板中而形成Al-Si 合金层。此Al-Si合金层形成背表面场(BSF)层而防止由太阳能电池产生的电子重组，并提高由太阳能电池产生的载体的收集效率。太阳能电池的效率受BSF层的厚度与均勻性影响。即在BSF层的厚度减小时太阳能电池的效率降低，在其厚度增加时其效率增加。同时为了降低太阳能电池的成本，近来硅晶片的厚度已减小。然而在硅晶片的厚度过度地减小时，由于硅晶片与铝间的热膨胀系数差异而使得硅晶片翘曲，从而导致硅晶片裂开。为了克服上述问题，需要减小作为背电极的铝电极的厚度，此目的可通过减少铝
浆的涂布量而完成。然而在涂布较少量的铝浆时，BSF层(其为背面电场层)的厚度增加，
使得太阳能电池的效率退化，以及在煅烧工序期间在电极层中越来越多地形成铝泡或凸
块。在此情形，在电极层中形成的铝泡或凸块降低了硅晶片的背表面的平整度，而且压力集
中在这些铝泡或凸块上，因而在制造太阳能电池或太阳能电池组件时将造成太阳能电池破 m农。为了防止太阳能电池翘曲以及在煅烧工序期间形成较少的铝泡，提出了如下传统技术韩国专利登记第10-0825580号揭示了一种铝浆，包括粒径为0. 5 IOym的铝粉、 有机载体及金属烷氧化物；韩国未审查的专利申请公开号为10-2008-0068638揭示一种铝浆，包括粒径为2 20 μ m的铝粉、玻璃料、有机载体及金属氢氧化物；韩国未审查专利申请公开号为10-2008-0057230揭示一种铝浆，包括粒径为2 20 μ m的铝粉、玻璃料、有机载体及增塑剂；以及韩国未审查专利申请公开号为10-2008-0104179揭示一种铝浆，包括粒径为4 10 μ m的铝粉、碱性玻璃料、乙氧化硼、乙氧化钛、及气相二氧化硅。除了铝粉、玻璃料与有机载体，以上专利文件中揭示的铝浆均包括有机或无机添加剂。然而这些添加剂是有问题的，因为它们在铝浆煅烧工序期间如残渣般存在，或者成孔，使得铝浆的电阻与均勻性降低，因而不良地影响太阳能电池的效率。此外以上的铝浆是有成问题的，因为铝粉具有10 20 μ m的最大粒径，使得铝浆难以均勻地接触太阳能电池绒面化的背表面，结果因其中形成的孔而可能形成铝凸块。
发明内容
因此，本发明用以关注以上现有技术中发生的问题，本发明的一个目的是提供一种用于太阳能电池背电极的铝菜，其在煅烧工序期间可防止太阳能电池翘曲或者最小化铝泡或凸块的形成以及变黄的发生，可大幅增加短路电流(Isc)与开路电压(Voc)的值，以及可明显地提高太阳能电池的效率。为了实现以上目的，本发明一方面提供了一种用于太阳能电池背电极的铝浆，包括铝粉，其中将具有4 6 μ m的平均粒径(D5tl)的铝粉、与具有2 4 μ m的平均粒径(D5tl) 的铝粉以6 4 9. 5 0.5的重量比混合。本发明的另一方面提供了一种制造太阳能电池的方法，包括使用所述铝浆形成背电极的工序。依照本发明的铝浆由于使用两种或更多种平均粒径不同的铝粉来改良铝浆与绒面化的硅晶片间的接触，因此在煅烧工序期间可防止太阳能电池翘曲且可使铝泡或凸块的形成以及变黄的发生最小化，可大幅增加短路电流(Isc)与开路电压(Voc)的值，以及可明显地提高太阳能电池的效率。
具体实施例方式本发明提供一种用于太阳能电池背电极的铝浆，包括铝粉，其中将D5tl = 4 6 μ m的铝粉与D5tl = 2 4 μ m的铝粉以6 4 9. 5 0. 5的重量比混合。在此"D5tl ”表示铝粉的平均粒径。通常，为了放大接收太阳光的面积而将硅太阳能电池的前后表面绒面化。通常单晶硅晶片以锥体的形式绒面化，而且该锥体具有2 15 μ m的高度及2 20 μ m的宽度。相比之下，多晶硅晶片以不规则迷阵的形式绒面化。在绒面化硅晶片的背表面上通过丝网印刷、凹版印刷或胶印涂覆铝浆，干燥，然后煅烧形成铝电极。在此工序中，当铝颗粒的尺寸过大时，铝浆不易接触硅晶片，因此在印刷及干燥后于铝浆与硅晶片的绒面化表面间形成间隙。在煅烧工序期间，间隙通过铝浆层移动至铝电极的表面，伴随铝泡及凸块的发生。然而本发明人发现，在使用具有单一粒径分布的铝粉时，即使粒径小仍无法以铝粉轻易地充填间隙，而在使用两或更多种具有不同的平均粒径的铝粉时可使间隙的形成最小化。因此，依照本发明的太阳能电池的背电极用铝浆包括铝粉，其中将D5tl = 4 6 μ m的铝粉与D5tl = 2 4 μ m的铝粉以6 4 9. 5 0. 5的重量比混合。在使用平均粒径分布偏离以上范围的铝粉制备铝浆时，铝浆不能深入地渗入绒面化的硅晶片中，而且铝浆中的孔隙度亦增加。因此，在硅晶片上无法均勻地形成背表面场 (BSF)层，铝电极的电阻没有变低，并且无法防止硅晶片的翘曲。相反地，在使用具有此平均粒径分布的铝粉制备铝浆时，铝浆深入地渗入绒面化的硅晶片中，而且铝浆中的孔隙度亦降低。因此，在硅晶片上均勻地形成背表面场(BSF) 层，铝电极的电阻变低，并且防止了硅晶片翘曲。因此在使用以此铝粉制备的铝浆制造太阳能电池时，太阳能电池的短路电流值增加，而且其效率亦增加。此外以此方式制造的太阳能电池因在煅烧工序后可防止铝电极中发生的变黄而具有优势。此外本发明提供了一种用于太阳能电池背电极的铝浆，按其总量计，包括: (a) 65 75wt%的铝粉，其中将D5tl = 4 6 μ m的铝粉与D5tl = 2 4 μ m的铝粉以6 4 9. 5 0. 5的重量比混合；(b)0. 01 5衬％的玻璃料；及(c) 20 34. 90wt%的有机载体溶液。在本发明的铝浆中，可包括65 75wt%的量的铝粉。在铝浆所包括铝粉的量低于 65wt%时，会产生在煅烧工序后印刷的铝层变薄的问题，使得未充分地形成背表面场(BSF) 层，因而增加太阳能电池的效率。此外，在其中所包括铝粉的量大于75wt%时，会产生印刷的铝层过厚的问题，因而造成硅晶片翘曲。在本发明的铝浆中，玻璃料的量为0.01 5wt%，较佳为0.05 3wt%，更佳为 0. 1 lwt%。在玻璃料的量低于0.01wt%时，会使硅晶片易翘曲，并产生铝浆与硅晶片间的黏附性降低的问题。此外，在其量大于5wt%时，会产生电阻变高的问题，因此降低太阳能电池的效率。玻璃料可为Bi2O3-SiO2-Al2O3-B2O3-SrCL玻璃料可包括但不限于20 30mol%的 Bi203、5 15mol% 的 Al203、25 !35mol% 的 SiO2U IOmol % 的 SrO 与 20 40mol% 的
B2O30在玻璃料中，有效地使用SrO以降低玻璃料的软化点。在玻璃料不包括SrO时，玻璃料的软化点提高，使得在煅烧太阳能电池期间铝浆软化不足，结果铝浆与硅晶片间的黏附性降低，因而降低太阳能电池的效率。然而在玻璃料包括过量的SrO时，玻璃料的软化点过于地降低，导致在铝电极中生成凸块。此外，用于本发明的玻璃料可具有400 600°C的软化点。在玻璃料的软化点低于 400°C时，玻璃料的热膨胀系数相对地增加，因此在太阳能电池制程期间煅烧的硅晶片易翘曲。此外在其软化点高于600°C时，玻璃料在煅烧工序中未充分地熔化至在铝层与硅晶片层之间提供黏附性的程度，因此其间的黏附性退化。在本发明的铝浆中，按铝浆的总量计可包括20 34. 90wt%的有机载体溶液。在有机载体溶液的量低于20wt%时，具有铝浆的黏度过度增加的问题，因此降低铝浆的印刷性。此外，在其量大于34. 90wt%时，具有铝浆的铝含量比例降低的问题，因此难以形成具有充分厚度的铝层。有机载体溶液通过将聚合物树脂溶于有机溶剂而制得，如果必要则可包括触变剂、湿润剂、添加剂等。用于本发明的有机载体溶液，按其总量计可包括75wt%或更多的有机溶剂及1 25wt%的聚合物树脂。此外，有机载体溶液可进一步包括5wt%或更少的湿润剂与触变剂、 及1 IOwt %的添加剂。有机溶剂可具有150 300°C的沸点，使得可防止铝浆干燥以及可控制铝浆的流动力。常用有机溶剂的例子可包括二醇醚，如三丙二醇甲基醚、二丙二醇正丙基醚、二丙二醇正丁基醚、三丙二醇正丁基醚、丙二醇苯基醚、二乙二醇乙基醚、二乙二醇正丁基醚、二乙二醇己基醚、乙二醇己基醚、三乙二醇甲基醚、三乙二醇乙基醚、三乙二醇正丁基醚、乙二醇苯基醚、萜品醇、Texano 1 、乙二醇等。聚合物树脂的例子可包括聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙二醇、乙基纤维素、松脂、酚醛树脂、丙烯酸树脂等。聚合物的量按有机载体溶液的总量计可为1 25wt%，较佳为5 25wt%。在聚合物树脂的量低于时，铝浆的印刷性与分散稳定性退化。此外， 其量高于25wt%，则无法印刷铝浆。至于触变剂与湿润剂，可使用常用于相关领域的触变剂与湿润剂而无限制。
添加剂可为常用于相关领域的分散剂等。作为分散剂，可使用市售表面活性剂，而且其可独立地或彼此组合而使用。表面活性剂的例子可包括非离子性表面活性剂，如醚 (包括烷基聚氧乙烯醚、烷芳基聚氧乙烯醚、聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物等)、酯-醚(包括甘油酯的聚氧乙烯醚、山梨醇酐酯的聚氧乙烯醚、山梨醇酯的聚氧乙烯醚等)、酯(包括聚乙二醇脂肪酸酯、甘油酯、山梨醇酐酯、丙二醇酯、糖酯、烷基聚葡萄糖苷等)、及含氮表面活性剂(包括脂肪酸烷醇酰胺、聚氧乙烯脂肪酸酰胺、聚氧乙烯烷基胺、胺氧化物等)；及聚合表面活性剂，如聚乙烯醚、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、聚丙烯酸-顺丁烯二酸共聚物、 聚-12-羟基硬脂酸等。 市售表面活性剂产品的例子可包括hypermer KD (由Uniqema Corp.制造)、 AKM0531 (由 NOF Corp.制造)、KP (由 Shinetsu Kagaku Kogyo Corp.制造)、P0LYFL0W (由 Kyoei Kagaku Corp.制造)、EFTOP(由 Tokemu Products Corp.制造)、Asahi guard、 Surflon (由 Asahi Glass Corp.制造)、SOLSPERSE (由 Geneka Corp.制造)、EFKA (由 EFKA Chemicals Co.，Ltd.制造)、PB 821 (由 Ajinomoto Co.，Inc.制造)、BYK-184, BYK-185、 BYK-2160、Anti-Terra U(由 BYK Corp.制造)等。分散剂的量按有机载体溶液的总量计可为1 10wt%，较佳为1 5wt%。依照本发明的铝浆可通过使用同时旋转和绕转的二维混合机而制备。即此铝浆可通过将上述组分按相应的组成比例置于二维混合机中，然后搅拌使固体在有机载体溶液中适当地混合及分散而制备。在25°C使用Brookfield HBDV-III超级流变仪或心轴CPE-52 测量其黏度时，以此方式制备的铝浆在5rpm具有20，000 200，OOOcps的黏度。较佳地， 可制备铝浆使得其具有40，000 100，OOOcps的黏度。此外，本发明提供了一种制造太阳能电池的方法，包括使用此铝浆形成背电极的步骤。以此方式制造的太阳能电池因其不易翘曲，以及在电极层形成最少量的铝泡或凸块，使得短路电流(Isc)与开路电压(Voc)的值大幅增加，并且明显地提高了其效率而有利。在下文中，参考以下实施例而更详细地叙述本发明。然而以下实施例虽用以叙述本发明，但本发明的范围不受其限制。以下实施例可由本领域技术人员适当地修改而不脱离本发明的范围。实施例1 铝浆的制备将63wt %的D5tl = 4 6 μ m的铝粉与7wt %的D5tl = 2 4 μ m的铝粉G 6ym 2 4μπι = 9 1(重量比)，铝粉总量=70衬％)、0.5衬％的具有以下表1所示组成比的玻璃料、和29. 5wt%的有机载体溶液(其通过使乙基纤维素溶于二醇醚中而制备) 依次地彼此混合形成混合物，然后使用同时旋转和绕转的混合机将混合物以IOOOrpm的转速搅拌3分钟而制备铝浆。[表 1]
权利要求
1.一种用于太阳能电池背电极的铝浆，包含铝粉，所述铝粉中具有4 6μπι的平均粒径(D5tl)的铝粉与具有2 4 μ m的平均粒径(D5tl)的铝粉按6 4 9. 5 0. 5的重量比进行混合。
2.如权利要求1所述的铝浆，进一步包含玻璃料和有机载体溶液。
3.如权利要求2所述的铝浆，按所述铝浆的总量计包含65 75wt%的铝粉；0.01 5衬％的玻璃料；和20 34. 90wt%的有机载体溶液。
4.如权利要求3所述的铝浆，其中所述玻璃料具有400 600°C的软化点。
5.如权利要求3所述的铝浆，其中所述玻璃料为Bi203-Si02-Al203-B203-Sr0。
6.如权利要求5所述的铝浆，其中所述玻璃料包含20 30mol%的Bi203、5 15mol % 的 Al203、25 !35mol% 的 SiO2U IOmol % 的 SrO 和 20 40mol% 的化03。
7.—种制造太阳能电池的方法，包含使用权利要求1所述的铝浆形成背电极的步骤。
全文摘要
本发明公开了一种用于太阳能电池背电极的铝浆，包含铝粉，其中将具有4～6μm的平均粒径(D50)的铝粉与具有2～4μm的平均粒径(D50)的铝粉以6∶4～9.5∶0.5的重量比混合。此铝浆是有优势的，由于使用两种或更多种具有不同的平均粒径的铝粉来改善铝浆与绒面化的硅晶片间的接触，在煅烧工序期间可防止太阳能电池翘曲或者可最小化铝泡或凸块的形成以及发生变黄，可大幅增加短路电流(Isc)与开路电压(Voc)的值，并可明显地提高太阳能电池的效率。
文档编号H01B1/22GK102576578SQ201080037313
公开日2012年7月11日 申请日期2010年10月13日 优先权日2009年10月13日
发明者崔亨燮, 李承傭, 李昶模, 林大成, 洪胜权 申请人:东友Fine-Chem股份有限公司