用于太阳能电池电极的糊料组合物和由此生产的电极的制作方法
【专利摘要】本发明涉及用于太阳能电池电极的糊料组合物以及由此生产的电极。本发明涉及用于太阳能电池电极的糊料组合物、以及由此生产的电极，所述糊料组合物包含导电性粉末、玻璃料、和有机载体，所述玻璃料包含PbO、SiO2、和TeO2，其中，包含在所述玻璃料中的所述TeO2的量为按重量计约1-20％。
【专利说明】用于太阳能电池电极的糊料组合物和由此生产的电极
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于太阳能电池电极的糊料组合物(paste composition)和由此生产的电极。本发明涉及用于太阳能电池电极的糊料组合物、和由此生产的电极，所述太阳能电池电极在高表面电阻下最小化对p-n结的不利影响同时降低了接触电阻，从而改善太阳能电池的效率。
【背景技术】
[0002]太阳能电池利用p-n结的光伏效应产生电能，光伏效应将太阳光的光子转化为电流。在该太阳能电池中，在具有P-n结的半导体晶片或基板的上表面和下表面分别形成前电极和后电极。随后，由进入半导体晶片的太阳光引起P-n结的光伏效应，并且由P-n结的光伏效应所产生的电子通过电极向外界提供电流。通过施加、图案化和焙烧用于电极的组合物在晶片上形成所述太阳能电池的电极。
[0003]持续降低发射体厚度来改善太阳能电池效率可引起分流，其可以使太阳能电池性能劣化。此外，太阳能电池的面积已逐渐增加以达到高效率。然而，在这种情况下，由于太阳能电池的接触电阻增加，因此可能存在效率劣化的问题。
[0004]此外，随着具有不同表面电阻的晶片的使用日益增加，用于烘焙的温度范围变宽，并导致在宽的烘焙温度范围内，对能够确保热稳定性的电极糊料的需求日益增加。
[0005]因此,对用于能够确保p-n结稳定性同时在多种表面电阻下,通过最小化对p-n结的的不利影响改善太阳能电池的效率的电极的糊料组合物存在需要。
【发明内容】
[0006][技术问题]
[0007]本发明的一个方面提供了一种用于太阳能电池电极的糊料组合物，其在多种表面电阻下能够最小化对P-n结的不利影响。
[0008]本发明的另一方面提供了一种用于太阳能电池电极的糊料组合物，其在多种表面电阻下可提供高的太阳能电池效率。
[0009]本发明的又一个方面提供了一种使用用于电极的所述糊料组合物制造的电极。
[0010][技术方案]
[0011]根据本发明的一个方面，用于太阳能电池电极的糊料组合物可以包含导电性粉末、玻璃料、和有机载体(organic vehicle)，其中，所述玻璃料包括PbO、SiO2和TeO2，并且TeO2以按重量计约1% (wt% )至约20被％的量存在于玻璃料中。
[0012]在一个实施方式中，PbO可以以约40wt%至约80wt%的量存在于所述玻璃料中，并且SiO2以约5wt%至约20wt%的量存在于所述玻璃料中。
[0013]在一个实施方式中，所述玻璃料可以进一步包含选自由以下组成的组中的至少一种:A1203、ZrO2> P205、ZnO> Bi203、Na20、B2O3> Ta2O5> Fe203、Cr2O3> Co2O3> Li20、Li2C03、MgO、和MnO20[0014]在一个实施方式中，所述玻璃料可以包含约40wt%至约80wt%的PbO、约5wt%至约 20wt% 的 Si02、约 lwt%至约 20wt% 的 Te02、和约 lwt%至约 20wt% 的 B203。
[0015]在一个实施方式中，所述玻璃料可以包含约40wt%至约80wt%的PbO、约5wt%至约 20wt% 的 Si02J4 lwt%至约 20wt% 的 TeO2JS lwt%至约 IOwt % 的 Al2O3、约 0.lwt%至约 lwt%的 21"02、约 lwt%至约 10wt%的 ZnO、和约 lwt%至约 5wt%的 Na20。
[0016]在一个实施方式中，所述玻璃料可以具有约0.Ιμπι至约5μπι的平均颗粒直径(D50)。
[0017]在一个实施方式中，所述组合物可以包含约6(^丨％至90wt%的所述导电性粉末、约Iwt%至约IOwt%的所述玻璃料、和约7wt%至约30wt%的所述有机载体。
[0018]根据本发明的另一个方面，提供了使用用于太阳能电池电极的所述糊料组合物生产的电极。
[0019][有益效果]
[0020]本发明提供了用于太阳能电池电极的糊料组合物，其能够在多种表面电阻下最小化对P-n结的不利影响。本发明提供了用于太阳能电池电极的糊料组合物，其甚至在不同的表面电阻下提供高的太阳能电池效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是使用根据本发明的一个实施方式的糊料组合物制造的太阳能电池的示意图。
【具体实施方式】
[0022]根据本发明的一个方面，用于太阳能电池电极的糊料组合物可以包括导电性粉末、玻璃料、和有机载体。
[0023]在一个实施方式中，所述组合物可以包含约6(^丨％至90wt%的所述导电性粉末、约Iwt%至约IOwt%的所述玻璃料、和约7wt%至约30wt%的所述有机载体。
[0024]导电件粉末
[0025]导电性粉末的实例可以包括银(Ag)、金(Au)、钯(Pd)、钼(Pt)、铜(Cu)、铬(Cr)、钴(Co)、铝(Al)、锡(Sn)、铅(Pb)、锌(Zn)、铁(Fe)、铱(Ir)、锇(Os)、铑(Rh)、钨(W)、钥(Mo)、镍(Ni)、和镁(Mg)粉末，但不限于此。可以单独或以它们的两种或多种的混合物或合金来使用这些导电性粉末。优选地，所述导电性粉末包含银粉。在一些实施方式中，除了所述银粉外，所述导电性粉末可以进一步包含镍(Ni)、钴(Co)、铁(Fe)、锌(Zn)或铜(Cu)粉。
[0026]所述导电性粉末可以具有球形、薄片或无定形颗粒形状。
[0027]所述导电性粉末可以是具有不同颗粒形状的导电性粉末的混合物。
[0028]所述导电性粉末可以具有约0.1 μ m至约3 μ m的平均颗粒直径(D50)。在25°C下通过超声将导电性粉末分散到异丙醇(IPA)中3分钟后，使用Modell064D粒度分析仪(CILAS C0.,Ltd.)测量平均颗粒直径。在平均颗粒直径的该范围内，所述糊料组合物可以提供低的接触电阻和线性电阻。优选地，所述导电性粉末具有约0.5μπι至约2μπι的平均颗粒直径(D50)。[0029]所述导电性粉末可以是具有不同的平均颗粒尺寸(D50)的导电性颗粒的混合物。
[0030]所述导电性粉末可以以约60wt%至约90wt%的量存在于所述糊料中。在该范围内，所述导电性粉末可以防止由于电阻增加引起的转换效率的劣化，并且防止由于所述有机载体量的相对减少引起的在形成浆料方面的困难。所述导电性粉末优选以约70wt%至约88wt%,更优选以约80wt%至约85wt%的量存在。
[0031]玻璃料
[0032]所述玻璃料用来增强所述导电性粉末和所述晶片或基板之间的粘附力并用于通过蚀刻抗反射层并熔融所述导电性粉末来在发射极区域中形成导电性粉末的晶粒，从而在所述电极糊料的烘焙过程中降低接触电阻。
[0033]所述玻璃料可以包含PbO、SiO2和TeO2。此处，TeO2可以以约lwt%至约20wt%的量存在于玻璃浆料中。如果TeO2的量低于lwt%，则通过TeO2可降低Ag的固化程度，从而导致接触电阻的升高。如果TeO2的量超过20wt%，则由于TeO2过量使得在硅界面处的反应性劣化，从而导致接触电阻的升高。TeOJt选以约10wt%至约2(^七％的量存在，更优选约13wt%至约19wt%的量存在。[0034]在所述玻璃浆料中，PbO可以以约40wt%至约80wt%的量存在。在该含量范围内，所述糊料组合物在不同的表面电阻下可确保P-n结稳定性，并且可以改善太阳能电池效率。优选地，PbO以约50wt%至约70wt%的量存在。
[0035]在所述玻璃浆料中，3102可以以约5wt%至约20wt%的量存在。在该含量范围内，所述糊料组合物在不同表面电阻下可确保P-n结稳定性，并且可以改善太阳能电池效率。优选地，SiO2可以以约5wt%至约18wt%的量存在。
[0036]在所述玻璃料中，PbO与TeO2的重量比(Pb0/Te02)可以从约2至约6，优选地从约3至约6，更优选地从约3至约5.5。
[0037]在所述玻璃料中，TeO2与SiO2的重量比(Te02/Si02)可以从约0.1至约3.6，优选地从约0.8至约3.6。
[0038]除PbO，Si02、TeO2外，所述玻璃料还可以进一步以平衡量包含选自由以下组成的组中的至少一种:A1203> ZrO2> P205、ZnO、Bi203、Na2O> B203、Ta2O5> Fe203、Cr2O3> Co2O3> Li20、Li2C03、Mg0jPMn02。考虑到所述电极的效率或高温稳定性，可调整包含在所述玻璃料中的各自组分的组成。
[0039]在所述玻璃料中，B2O3可以以约lwt%至约20wt%、优选地以约lwt%至约10wt%、更优选地以约Iwt %至约7wt%的量存在。
[0040]在所述玻璃料中，Al2O3可以以约Iwt%至约IOwt优选地以约5wt%至约IOwt%的量存在。
[0041]在所述玻璃料中，ZrO2可以以约0.1wt %至约lwt%,优选以约0.5wt%至约Iwt %的量存在。
[0042]在所述玻璃料中，ZnO可以以约Iwt%至约IOwt优选地以约2wt%至约8wt%的量存在。
[0043]在所述玻璃料中，Na2O可以以约lwt%至约5wt%,优选地以约lwt%至约3wt%的
量存在。
[0044]在一个实施方式中，所述玻璃料可以包含PbO、Si02、TeO2、和B203。优选地，所述玻璃料可以包含约40wt %至约80wt %的PbO,约5wt %至约20wt %的SiO2,约Iwt %至约20wt% 的 TeO2,和约 Iwt%至约 20wt% 的 B2O3。
[0045]在另一个实施方式中，所述玻璃料可以包含Pb0、Si02、Te02、Al203、Zr02、Zn0、Li20、Li2CO3、和Na20。优选地,所述玻璃料可以包含约40wt%至约PbO、约5wt%至约20wt% 的 Si02J4 lwt% 至约 20wt% 的 TeO2JS lwt% 至约 IOwt % 的 Al2O3、约 0.lwt% 至约Iwt % 的 ZrO2、约 Iwt %至约 IOwt % 的 ZnO、约 Iwt %至约 IOwt % 的 Li2O、约 Iwt %至约 IOwt %的 Li2CO3、和约 Iwt%至约 5wt% 的 Na20。
[0046]在又一个实施方式中，所述玻璃料可以包含PbO、SiO2, TeO2, A1203、ZrO2, ZnO、和Na2O0优选地，所述玻璃料可以包含约40wt%至约80wt%的PbO、约5wt%至约20wt%的3;102、约 Iwt % 至约 20wt % 的 Te02、约 Iwt % 至约 IOwt % 的 Al2O3、约 0.1wt % 至约 Iwt % 的21"02、约 lwt%至约 10wt%的 ZnO、和约 lwt%至约 5wt%的 Na20。
[0047]所述玻璃料可以是结晶玻璃料或者非结晶玻璃料。而且，所述玻璃料可以是含铅玻璃料、无铅玻璃料以及它们的混合物中的任一种。
[0048]所述玻璃料可以由前述金属氧化物如PbO、ZnO等通过典型的方法来制备。例如，前述组分诸如Pb0、Zn0等在如上所述的组成范围内混合。可以使用球磨机或行星式磨机进行混合。所述混合的组合物在约900°C至约1300°C下熔融，之后淬火至约25°C。使用盘式研磨机、行星式研磨机等来粉碎获得的产物从而制备玻璃料。
[0049]所述玻璃料具有的平均颗粒直径D50可以从约0.1 μ m至约5 μ m,优选地从约
0.5 μ m至约3 μ m,更优选地从2 μ m至约3 μ m。在25°C下通过超声将玻璃料分散到异丙醇(IPA)中3分钟后，使用Model 1064D粒度分析仪(CILAS C0.,Ltd.)测量平均颗粒直径D50。
[0050]所述玻璃料可以以约Iwt%至约IOwt%的量存在于所述糊料组合物中。在该含量范围内，可以改善导电性粉末的焙烧性能和粘附力同时防止由于电阻增加引起的转换效率的劣化。此外，可以防止焙烧后剩余过多的玻璃料，其可以造成电阻增加和可焊性劣化。优选地，所述玻璃料以约Iwt%至约7wt%,更优选以约3wt%至约7wt%的量存在。
[0051]有机载体
[0052]所述有机载体可以包含有机粘合剂，其为所述糊料提供流动性。
[0053]所述有机粘结剂的实例包含纤维素聚合物如乙基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、羟乙基羟丙基纤维素等；通过与亲水性丙烯酸单体如羧基基团共聚获得的丙烯酸类共聚物；和聚乙烯基树脂，不仅限于此。这些粘合剂可以单独或以它们的混合物使用。
[0054]所述有机载体可以进一步包含溶剂。在这种情况下，所述有机载体可以是通过将有机粘合剂溶解在溶剂中制备的溶液。所述有机载体可以包含约5wt%至约40wt%的有机粘合剂和约60wt%至约95wt%的所述溶剂。优选地,所述有机载体包含约6wt%至约30wt%的有机粘合剂和约70wt%至约94wt%的所述溶剂。
[0055]所述溶剂可以是具有约120°C以上沸点的有机溶剂。具体地，所述溶剂可以选自由以下组成的组:卡必醇溶剂、脂肪族醇、酯溶剂、溶纤剂溶剂和烃类溶剂，这些溶剂常用于电极的生产。所述溶剂的实例可以包括丁基卡必醇、丁基卡必醇乙酸酯、甲基溶纤剂、乙基溶纤剂、丁基溶纤剂、脂肪族醇、松油醇、乙二醇、乙二醇单丁醚、丁基溶纤剂乙酸酯、Texanol酯醇以及它们的混合物。
[0056]所述有机载体可以以约7wt%至约30wt%的量存在于所述糊料组合物中。在该含量范围内，可以防止在制备所述糊料组合物后，可导致印刷困难的不充分的分散或粘度的过量增加，并且可以防止电阻上升和在烘焙过程中发生的其他问题。优选地，所述有机载体以约IOwt %至约25wt%,更优选地以约IOwt %至约15wt%的量存在。
[0057]可选地，所述糊料组合物可进一步包含典型的添加剂以增强流动性、加工性能和稳定性。所述添加剂可进一步包含分散剂、触变剂、增塑剂、粘度稳定剂、消泡剂、颜料、UV稳定剂、抗氧化剂、偶联剂等，但不限于此。这些添加剂可以单独或以其混合物使用。这些添加剂可以以约0.1wt%至约5￥七％的量存在于所述糊料组合物中，并且如果需要可以改变该量。
[0058]本发明的另一方面涉及一种由用于太阳能电池电极的糊料组合物生产的电极和包括其的太阳能电池。图1示出了根据本发明的一个实施方式的太阳能电池。
[0059]参照图1，后电极(210)和前电极(230)可通过在晶片(100)或基板上印刷和烘焙所述糊料组合物来形成，晶片或基板包括P-层(101)和η-层(102)，其将作为发射器。例如，可通过在所述晶片的后表面上印刷所述糊料组合物并且在约200°C至约400°C下对印刷的糊料干燥约10至约60秒来进行用于制备所述后电极的初步处理。此外，可通过在所述晶片的前表面上印刷所述糊料并且干燥印刷的糊料来进行用于制备所述前电极的初步处理。随后，可通过在约400°C至约950°C，优选地在约850°C至约950°C下烘焙所述晶片约30至约50秒来形成所述前电极和所述后电极。
[0060][发明模式]
[0061]接下来，将 参照实施例对本发明进行更详细地描述。然而，应该理解，这些实施例仅提供用于说明并且不以任何方式解释为限定本发明。
[0062]将省略对本领域普通技术人员显然的细节描述。
[0063]在以下实施例和比较例中使用的组分细节如下。
[0064]作为导电性粉末(A)，使用了具有2 μ m的平均颗粒直径径(D50) (Dowa Hightech,AG-4-8)的球形银粉末。作为玻璃料(B)，使用了由选自PbO、SiO2, TeO2, Al2O3' ZrO2, ZnO、Li2O, Na2O和B2O3中的材料制备的玻璃料。作为有机载体(C)，使用了乙基纤维素(DowChemical, STD4)和丁基卡必醇。
[0065]实施例1-3和比较例1-3
[0066]将PbO、Si02、Te02、Al203、Zr02、ZnO、Li20、Na2(^P B2O3 按照如以下表 I 中所列的量(单位:wt%)混合并且在1200°C下熔融，随后淬火至25°C。获得的生成物使用盘式研磨机进行粉碎，从而制备具有2μπι的平均颗粒直径(D50)的玻璃料。
[0067]向5重量份的如上制备的玻璃料中，加入84重量份的所述导电性粉末和11重量份的有机载体，该有机载体通过将I重量份的乙基纤维素加入到10重量份的丁基卡必醇中并在60°C下溶解，随后通过使用3-辊式捏合机混合并捏合来制备，从而制备用于太阳能电池电极的糊料组合物。
[0068]表1
[0069]
PbO SiO2 TeO2 Al2O3 ZrO2 ZnO Li2O Na2O B2O3
实施例1 ^ 10.13 13.23 - - - - - 6.64
【权利要求】
1.一种用于太阳能电池电极的糊料组合物，包含导电性粉末、玻璃料、和有机载体， 其中，所述玻璃料包含PbO、SiO2和TeO2, TeO2以约1被％至20wt%的量存在于所述玻璃料中。
2.根据权利要求1所述的糊料组合物，其中，所述PbO以约40wt%至约80wt%的量存在于所述玻璃料中并且SiO2以约5wt%至约20wt%的量存在于所述玻璃料中。
3.根据权利要求1或2所述的糊料组合物，其中，所述玻璃料还包含选自由Al203、Zr02、P2O5> ZnO> Bi203、Na20、B2O3> Ta2O5> Fe203、Cr2O3> Co2O3> Li20、Li2C03、MgO、和 MnO2 组成的组中的至少一种。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的糊料组合物,其中,所述玻璃料包含约40wt%至约 80wt% 的 PbO、约 5wt%至约 20wt% 的 Si02J4 lwt%至约 20wt% 的 TeO2、和约 lwt%至约 20wt% 的 B2O3。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的糊料组合物,其中,所述玻璃料包含约40wt%至约 80wt% 的 PbO、约 5wt% 至约 20wt% 的 Si02J4 Iwt % 至约 20wt% 的 Te02J4 Iwt % 至约 IOwt % 的 Al2O3、约 0.lwt%至约 lwt% 的 21"02、约 lwt%至约 10wt% 的 ZnO、约 lwt%至约10wt%的 Li2O、约 lwt%至约 10wt%的 Li2CO3、和约 lwt%至约 10wt%的 Na20。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的糊料组合物,其中，所述玻璃料包含约40wt%至约 80wt% 的 PbO、约 5wt% 至约 20wt% 的 Si02J4 lwt% 至约 20wt% 的 TeO2JS lwt% 至约IOwt% 的 Al2O3、约 0.lwt%至约 lwt% 的 21"02、约 lwt%至约 10wt% 的 ZnO、和约 lwt%至约5wt% 的 Na2O。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的糊料组合物，其中，所述玻璃料具有约0.1 μ m至约5 μ m的平均颗粒直径(D50)。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的糊料组合物，其中，所述导电性粉末包含选自由以下组成的组中的至少一种:银(Ag)、金(Au)、|fi (Pd)、钼(Pt)、铜(Cu)、铬(Cr)、钴(Co)、铝(Al)、锡(Sn)、铅(Pb)、锌(Zn)、铁(Fe)、铱(Ir)、锇(Os)、铑(Rh)、钨(W)、钥(Mo)、镍(Ni)和氧化铟锡(ITO)。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的糊料组合物,其中,所述组合物包含约60wt%至90wt%的所述导电性粉末、约lwt%至约10wt%的所述玻璃料、和约7wt%至约30wt%的所述有机载体。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的糊料组合物，进一步包含:选自由分散剂、触变剂、增塑剂、粘度稳定剂、消泡剂、颜料、UV稳定剂、抗氧化剂、和偶联剂组成的组中的添加剂。
11.一种由根据权利要求1至10中任一项所述的用于太阳能电池电极的糊料组合物生产的电极。
【文档编号】H01L31/0224GK103959393SQ201280059408
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2012年3月30日 优先权日:2011年12月8日
【发明者】崔永郁, 金东俊, 金银京, 宋大燮 申请人:第一毛织株式会社