本发明涉及一种用于太阳能电池正面电极的浆料组合物及利用该浆料组合物来形成的太阳能电池。
背景技术：
太阳能电池(solarcell)为将太阳能转换成电能的半导体元件，由半导体晶片、防反射膜、正面电极及背面电极构成。太阳能电池通过入射的太阳光而诱导半导体晶片的p-n结光电效果，并且由此产生的电子提供经由电极流向外部的电流。
其中，通过在晶片的一面上涂布金属浆料而形成正面电极。通过通常的丝网印刷方法等，在基板上涂布包含金属或玻璃粉等的浆料组合物以形成特定形状的电极电路，并且进行干燥及烧结，从而赋予导电性。
特别是，由于正面电极位于太阳能电池的最上部，因此需要在使遮光损失(shadingloss)最小化的同时增加导电率，所以一直存在开发出具有优异的粘着力和较低的接触电阻特性的金属浆料的需求。其中，对作为金属浆料的重要组合物的玻璃粉(glassfrit)的研究尤其活跃。
玻璃粉通过与防反射膜发生界面反应而蚀刻防反射膜，该界面反应为氧化-还原反应，因部分元素被还原而生成副产物。由于现有的玻璃粉的氧化铅(pbo)含量较高，因此在界面反应后，铅会被还原，因而存在环境方面的问题。
因此，仍然存在对于既环保又能够提供与现有相比更优异的转换效率及电阻特性的用于太阳能电池正面电极的浆料的需求。
技术实现要素：
技术问题
本发明为了解决如上所述的问题，旨在提供一种用于形成太阳能电池正面电极的浆料组合物，该浆料组合物降低氧化铅的含量，并且具有优异的转换效率。
此外，本发明旨在提供一种太阳能电池，其利用本发明的用于太阳能电池正面电极的浆料组合物来制备。
技术方案
本发明涉及一种高效率的用于太阳能电池正面电极的浆料组合物，本发明的用于太阳能电池正面电极的浆料组合物包含：
导电性金属粉末；
玻璃粉，包含20至60重量％的teo2、1至30重量％的pbo、1至20重量％的zno及1至30重量％的bi2o3；以及
有机载体。
本发明的所述玻璃粉可进一步包含选自由sio2、zno、li2o、b2o3、al2o3、cuo、na2o、zro2、mgo、p2o5、cao、bao、sno、sro、k2o、tio2及mno2组成的组中的一种以上。
本发明的玻璃粉可包含20至60重量％的teo2、1至30重量％的pbo、1至20重量％的zno、1至30重量％的bi2o3、0.1至5重量％的li2o、0.1至15重量％的sio2及0.1至10重量％的b2o3。
相对于浆料组合物，本发明的玻璃粉的含量可以是0.1至15重量％。
本发明的导电性金属粉末可包含选自银、金、铜、镍、铝、钯、铬、钴、锡、铅、锌、铁、钨、镁及它们的合金中的一种以上。相对于浆料组合物，所述导电性金属粉末的含量可以是60至99.5重量％。
本发明的所述有机载体通过在溶剂中溶解有机粘结剂而成，相对于浆料组合物，所述有机载体的含量可以是0.1至35重量％。所述有机粘结剂可包含选自纤维素类树脂、丙烯酸类树脂及聚乙烯类树脂中的一种以上。
本发明可提供一种利用所述用于太阳能电池正面电极的浆料组合物制备的太阳能电池正面电极及包含该正面电极的太阳能电池。
发明效果
本发明所涉及的用于太阳能电池正面电极的浆料组合物可以用于制备太阳能电池的正面电极，且具有因氧化铅的含量低而环保的优点。
本发明所涉及的用于太阳能电池正面电极的浆料组合物不仅具有优异的蚀刻能力，而且其与防反射膜之间的接触电阻也低，因此采用由该浆料组合物形成的太阳能电池用正面电极的太阳能电池具有高能量转换效率。
具体实施方式
下面，对本发明的用于太阳能电池正面电极的浆料组合物进行详细说明。此时，如果对所使用的技术术语及科技术语没有其他定义，则所使用的技术术语及科技术语具有本发明所属技术领域的技术人员通常理解的含义，并且在下述的说明及所附的附图中省略有可能会不必要地导致本发明要点不清楚的公知功能及结构的说明。
在本发明中，太阳能电池(solarcell)是指将太阳能转换成电能的半导体元件，太阳能电池由半导体晶片、防反射膜、正面电极及背面电极构成。
本发明涉及一种用于太阳能电池正面电极的浆料组合物，包含：
导电性金属粉末；
玻璃粉，包含20至60重量％的teo2、1至30重量％的pbo、1至20重量％的zno及1至30重量％的bi2o3；以及
有机载体。
包含在本发明的用于正面电极的浆料组合物中的玻璃粉可诱导如下的效果：在烧结工艺中蚀刻防反射膜，并且提高导电性金属粉末与晶片之间的粘着力并进一步降低烧结温度。
所述玻璃粉通过与防反射膜发生界面反应而蚀刻防反射膜，该界面反应为氧化-还原反应，因部分元素被还原而生成副产物。由于现有的玻璃粉的氧化铅(pbo)含量较高，因此在界面反应之后，铅会被还原，因而存在环境方面的问题。
由此，本发明的用于正面电极的浆料组合物通过降低以往使用的氧化铅含量并提高zno及bi2o3含量，从而引入环保且蚀刻能力优异的用于正面电极的浆料组合物。
此外，本发明的用于正面电极的浆料组合物能够通过含有teo2，提高基板与正面电极之间的粘着力的同时进一步提高蚀刻能力，并且降低该浆料组合物与防反射膜之间的接触电阻以提高开路电压。
为了提高太阳能电池的发光效率，相对于玻璃粉总含量，本发明的玻璃粉可包含20至60重量％的teo2、1至30重量％的pbo、1至20重量％的zno及1至30重量％的bi2o3，但并不限于此。
为了改善激励电压效果，本发明的所述玻璃粉可进一步包含选自由sio2、zno、li2o、b2o3、al2o3、cuo、na2o、zro2、mgo、p2o5、cao、bao、sno、sro、k2o、tio2及mno2组成的组中的一种以上，更优选可进一步包含li2o、sio2及b2o3。
所述激励电压是指为了提供通过使原子或分子碰撞来进行激励时所需的最少能量而必要的电压，呈现改善太阳能电池效率的效果。
所述li2o、sio2及b2o3含量并不受限，优选可包含0.1至5重量％的li2o、0.1至15重量％的sio2及0.1至10重量％的b2o3，本发明的玻璃粉优选可包含20至60重量％的teo2、1至30重量％的pbo、1至20重量％的zno、1至30重量％的bi2o3、0.1至5重量％的li2o、0.1至15重量％的sio2及0.1至10重量％的b2o3。
本发明的玻璃粉可由包含氧的网状结构(networkstructure)的氧多面体构成，具体而言，由具有不规则网状结构(randomnetworkstructure)的氧多面体构成。玻璃粉的软化点可以是300至500℃，由于玻璃熔化物在上述范围内具有适当的粘度而适合形成电极，但并不限于此。
本发明的玻璃粉具有优异的转换效率，为了防止电阻上升及焊接性降低，相对于浆料组合物，玻璃粉的含量可以是0.1至15重量％，但并不限于此。
所述玻璃粉可使用通常的方法来制备。例如，可以按上述成分比例添加所述玻璃粉，并且在900至1300℃的条件下使该玻璃粉熔化后急速冷却(quenching)。可通过利用球磨机(ballmill)、盘式磨粉机(diskmill)或行星式磨机(planetarymill)等来粉碎经混合的组合物，从而获得玻璃粉。
玻璃粉的平均粒径d50可以是0.1至5μm，优选为0.5至3μm，但并不限于此。
本发明的所述导电性金属粉末可以是制备太阳能电池的电极时普遍使用的金属粉末，例如可包含选自银、金、铜、镍、铝、钯、铬、钴、锡、铅、锌、铁、钨、镁及它们的合金中的一种以上，优选可以是具有优异的导电率且与诸如硅等的晶质无机半导体形成较强的界面粘结的银(ag)。
导电性金属粉末(优选银粉末)的纯度为80％以上，优选使用纯度为95％以上的银粉末，但只要是满足作为电极通常要求的条件的纯度，则并不受特别限定。
只要是本发明的技术领域中公知的形状，则导电性金属粉末均能够采用且不受特别限制。例如，可使用球形、薄片(flake)形或它们的组合，但并不限于此。
此外，可通过考虑所需的烧结速度和形成电极的工艺的影响等，将导电性金属粉末的粒径调节为适当的范围。在本发明中，为了呈现降低接触电阻的效果，所述导电性金属粉末的平均粒径可具有约0.1至0.5μm的大小，但并不限于此。
在本发明的用于太阳能电池正面电极的浆料组合物中，为了使得导电性金属粉末不会导致浆料的粘度降低或相分离，从经济划算的方面来看，可包含60至99.5重量％的导电性金属粉末，优选包含70至99.5重量％的导电性金属粉末，更优选包含80至99.5重量％的导电性金属粉末。
本发明的用于太阳能电池正面电极的浆料组合物可包含有机载体，所述有机载体发挥调节粘度的作用以及固相粒子的分散剂作用。有机载体可以是有机粘合剂溶解于溶剂而得的粘结剂溶液。
本发明的有机粘结剂只要是通常使用的有机粘结剂则无妨，可包含选自纤维素类树脂、丙烯酸类树脂及聚乙烯类树脂中的一种以上。
作为具体例，有机粘合剂可包含选自甲基纤维素、乙基纤维素、羧甲基纤维素、硝化纤维素、羟基纤维素、乙基羟乙基纤维素、聚甲基丙烯酸酯、丙烯酸酯、丙烯酸丁酯、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮及聚乙烯醇缩丁醛等中的一种以上的物质。
所述有机载体的溶剂可以是溶解有机粘结剂的有机溶剂，作为具体例，可以是选自松油、二乙二醇单乙基醋酸酯、二乙二醇单丁基醚、二乙二醇单丁醚醋酸酯、乙二醇单丁醚、乙二醇单丁醚醋酸酯、松油醇、甲基戊二酸、邻苯二甲酸二(2-乙基已基)酯、邻苯二甲酸二乙酯、二异壬基己二酸及二元酯等中的一种以上的溶剂。
相对于有机载体，本发明的有机载体中含有的有机粘合剂的含量可以是10至30重量％，但并不限定于此。
为了容易分散导电性金属粉末并维持太阳能电池的高效率，相对于用于太阳能电池正面电极的浆料组合物，本发明的有机载体的含量优选在0.1至35重量％的范围内，更优选在10至25重量％的范围内，但并不限于此。
可根据需要，本发明的用于太阳能电池正面电极的浆料组合物进一步含有通常已知的添加剂。作为添加剂的例，可包含选自增粘剂、摇变剂、稳定剂、分散剂、触变剂、匀染剂及消泡剂等中的一种以上的物质。相对于浆料组合物，添加剂含量可以是约0.1至10重量％，但可以根据最终要获得的用于太阳能电池正面电极的浆料组合物的特性来确定添加剂含量。
此外，本发明可提供一种利用所述浆料组合物来形成的太阳能电池正面电极。
本发明的正面电极可通过将所述浆料组合物印刷在晶片基板上并进行干燥及烧结的工艺来形成。印刷方法可利用丝网印刷、凹版印刷、胶版印刷、卷对卷印刷、气溶胶印刷或喷墨印刷等，但并不特别限于这种印刷方法。
此外，本发明可提供一种包含所述太阳能电池正面电极的太阳能电池。本发明的太阳能电池可提供优异的转换效率及电阻特性，从而大幅提高太阳能电池的发电效率。
本发明的一实施例所涉及的太阳能电池如下所述。
该太阳能电池包括：第一半导体层；第二半导体层，形成于所述第一半导体层的上部；防反射膜，形成于所述第二半导体层的上部；正面电极，贯通所述防反射膜并与第二半导体层连接；以及背面电极，形成于半导体层的背面。
半导体层中使用的半导体物质具体而言可以是晶质硅，例如可使用硅晶片。所述第一半导体层及所述第二半导体层中的一个层可以是掺杂有p型杂质的半导体层，另一个层可以是掺杂有n型杂质的半导体层。在p型杂质中可掺杂有第三族元素(b、ga或in等)，在n型杂质中可掺杂有第五族元素(p、as或sb等)。
在半导体层之间的界面上形成有p-n结，该p-n结为受到太阳光而通过光伏效果产生电流的部分。由光伏效果所产生的电子和空穴分别被吸引到p层及n层，从而分别向与下部及上部接合的电极移动，并且可通过对电极施加负荷来利用在此产生的电。
在所述第二半导体层的上部可形成有防反射膜。所述防反射膜减少所入射在太阳能电池的正面上的太阳光的反射率。如果太阳光的反射率减少，则会使得到达p-n结的光量增加，从而可增加太阳能电池的短路电流并且提高太阳能电池的转换效率。
所述防反射膜可由吸收较少的光并具有绝缘性的物质制成，例如可以是氮化硅(sinx)、氧化硅(sio2)、氧化钛(tio2)、氧化铝(al2o3)、氧化镁(mgo)、氧化铈(ceo2)及它们的组合，所述防反射膜可被形成为单层或多层。
在所述防反射膜的上部可形成有正面电极，在半导体层的背面可形成有背面电极。所述电极可通过将包含导电性金属粉末的浆料组合物印刷在半导体晶片上之后执行热处理而形成。
也可以通过化学处理来去除所述防反射膜的一部分。可通过cvd(化学气相沉积)、pecvd(等离子体增强化学气相沉积)、溅射或其他方法来沉积所述防反射膜。通过去除防反射膜的一部分，能够改善半导体基材与浆料组合物的导电体之间的电接触。浆料组合物可以在防反射膜上被印刷成图案，例如被印刷成具有连接线的母线(busbar)。印刷可通过丝网印刷、镀层、挤压、喷墨、成形或多版印刷(shapedormultipleprinting)或者焊带(ribbon)来实现。
在电极形成工艺中，可通过加热浆料组合物而烧结导电性金属粉末。典型地，可以将烧结温度设定成不仅能够烧掉浆料组合物中的有机物质而且还能够烧掉所存在的任意其他有机物质。在一实施方式中，烧结温度可以是750至950℃。
下面，通过实施例对本发明进行更详细说明。但是，下述实施例只是用于参考以详细说明本发明，本发明并不限于此。
[实施例1至6]
1.制备玻璃粉
在以如下表1所示的比例(重量％)混合表1所记载的成分之后，在1100℃下使之熔化30分钟，然后利用纯水(h2o)进行淬火(quenching)以急速冷却。利用研磨机(attrition-mill)来粉碎经急速冷却的玻璃熔化物，以制备具有1.5μm的平均粒径的玻璃粉。
在如下表1中示出与各实施例相应的玻璃粉的成分及含量。
2.制备浆料组合物
通过使用上述制备的玻璃粉来分别制备浆料组合物。作为导电性粉末使用90重量％的具有2μm的平均粒径的银粉末。使用2重量％的玻璃粉。作为有机粘结剂分别使用1重量％的纤维素酯(eastman公司cba)和1重量％的乙基纤维素树脂(aqualon公司ecn)。
作为有机溶剂，使用2重量％的txib(trimethylpentanyldiisobutyrate(三甲基戊二醇二异丁酸酯))、3重量％的二元酯(dibasicester，tci公司的己二酸二甲酯/戊二酸二甲酯/丁二酸二甲酯(dimethyladipate/dimethylglutarate/dimethylsuccinate)混合物)或1重量％的bc(butylcarbitol(丁基卡必醇))。
3.制备太阳能电池
在制备太阳能电池时，在管式炉(tubefurnace)中利用156mm的单晶硅晶片在810℃下通过使用pocl3的扩散工艺来掺杂磷(p)，从而形成具有90ω/sq片电阻的半导体层，并且通过化学气相沉积法(pecvd方法)且使用前体sih4和nh3在所述半导体层上进行沉积以形成具有70nm的厚度的硅氮化膜，从而形成防反射膜。
至于背面电极，利用包含铝粉末以代替银粉末的上述电极浆料组合物，通过丝网印刷法在背面以30μm厚度进行涂布之后，在250℃的干燥炉中干燥60秒。至于正面电极，利用本发明的实施例及比较例中制备的浆料组合物，通过丝网印刷法以20μm厚度进行涂布，然后在200℃的干燥炉中干燥60秒。通过在820℃的带式烧结炉中对完成印刷的太阳能电池进行一分钟烧结过程，从而制备太阳能电池。将制备的太阳能电池的特性评价结果示于如下表2中。
[比较例1至3]
除如下表1的玻璃粉的成分不同以外，利用与实施例1相同的方法及条件制备太阳能电池。将制备的太阳能电池的特性评价结果示于如下表2中。
[表1]
[特性评价]
1.制备太阳能电池以使其被印刷/烧结成具有三个母线结构、具有50μm的栅线(fingerline)宽及具有栅线个数为105个的图案，并进行特性评价。测量所制备的太阳能电池的电光特性，并且利用额定功率oriel1000w太阳光模拟器在100mw/cm2(am1.5g)的照明下测量电流密度-电压(j-v)特性。通过下述数学式1将测量值表示为能量转换效率(％)。所述转换效率是指太阳能电池的输出功率与每单位面积上所入射的光能的比率。
在测量模拟装置的j-v特性之后计算串联电阻值，其用于理解与ff之间的相关关系。
[数学式1]
能量转换效率(％)＝ff×(jsc×voc)/pin
voc表示开路电压(opencircuitvoltage，v)，jsc表示光短路电流密度(shortcircuitcurrent，ma/cm2)，ff表示填充因子(fillfactor，％)，pin为入射光强度且表示100mw/cm2。
2.利用用于制备宽度为1.2mm的模块的焊带来评价焊带粘着力。构成焊带的成分具有pb/sn＝60/40的比率，在将kestor955助熔剂涂到焊带表面后，通过焊接而将焊带附着到所制备的太阳能电池的母线上端。
在将被剪切成200mm长度的焊带浸渍在kestor955助熔剂溶液中持续一分钟之后，在100度下干燥10分钟以备用。利用semtek公司的scb-130b手工焊接设备来将该焊带附着在太阳能电池上。通过使涂有助熔剂的焊带位于太阳能电池母线的上端并在300℃下加热一分钟的方式进行焊接。
利用imada公司的ds2-20n设备来测量完成附着后的焊带的附着力。此时，焊带与太阳能电池的角度维持180度。
[表2]
如表2所示，可知由根据本发明实施例的用于太阳能电池正面电极的浆料组合物制备的太阳能电池与比较例相比减少电极与天阳能电池基板之间的串联电阻。由此，可知开路电压及填充因子特性得以提高，因此具有优异的太阳能电池能量转换效率。
此外，作为焊带粘着力的确认结果，可确认本发明的实施例与比较例相比具有更强的粘着力。这是因为，在焊带附着力较弱的情况下，难以进行太阳能电池的模块化，因此可确认根据本发明的浆料组合物的太阳能电池模块具有优异的稳定性。
如上述，在本发明中通过特定的事项和有限的实施例来进行了说明，但这只是为了有助于本发明的更全面理解而提供的，本发明并不由上述实施例限定，本发明所属技术领域的技术人员能够基于这些记载进行多种修改及变形。
因此，本发明的构思并非限于所说明的实施例来定义，除了所附的权利要求范围之外，经与该权利要求范围均等或等价的变形的所有内容也属于本发明构思的范畴内。