用于太阳电池电极的组合物及使用其制作的太阳电池电极的制作方法

本申请主张在2017年10月24日在韩国知识产权局提出申请的韩国专利申请10-2017-0138709的权利，所述韩国专利申请的全部公开内容并入本申请供参考。本发明涉及一种用于太阳电池电极的组合物及一种使用所述组合物制作的电极。更具体来说，本发明涉及一种包含特定玻璃料且因此可表现出良好的开路电压及短路电流以及低串联电阻、从而在具有提高的粘合力的同时提高太阳电池的效率的用于太阳电池电极的组合物、以及一种使用所述组合物制作的电极。
背景技术：
：太阳电池利用将日光的光子转换成电力的p-n结(p-njunction)的光生伏打效应(photovoltaiceffect)来产生电力。在太阳电池中，分别在具有p-n结的半导体晶片或衬底的上表面及下表面上形成前电极及后电极。然后，由进入半导体晶片的日光诱发p-n结处的光生伏打效应，且通过p-n结处的光生伏打效应而产生的电子经由电极向外部提供电流。太阳电池的电极可通过施用电极组合物、对所述电极组合物进行图案化及烘烤而形成在晶片上。为提高太阳电池的效率而持续减小射极(emitter)厚度可导致分流(shunting)，从而可使太阳电池的性能劣化。另外，太阳电池的面积已逐渐增大以提高太阳电池的效率；然而，这会导致晶片的片电阻(sheetresistance)增大且可造成太阳电池的接触电阻(contactresistance)增大，从而使太阳电池的效率劣化。因此，需要一种可在考虑到变化的表面电阻情况下使对p-n结的不利影响最小化且提高晶片与电极之间的界面处的导电性以降低接触电阻及线电阻(lineresistance)、从而提高太阳电池的效率的用于太阳电池电极的组合物。本发明的
背景技术：
公开在未经审查的日本专利公开第2015-144162号中。技术实现要素：本发明的一个方面是提供一种表现出良好的开路电压(open-circuitvoltage)及短路电流以及低串联电阻且因此可提供良好的电性质、从而提高太阳电池的效率的用于太阳电池电极的组合物。本发明的另一方面是提供一种表现出粘合力提高的用于太阳电池电极的组合物。本发明的再一方面是提供一种在串联电阻、开路电压及短路电流方面表现出良好的性质且因此可提供良好的电性质、从而在表现出粘合力提高的同时提高太阳电池的效率的用于太阳电池电极的组合物。根据本发明的一个方面，一种用于太阳电池电极的组合物包含：导电粉；玻璃料；以及有机载体，其中所述玻璃料包括可包含20mol％到55mol％的碲、20mol％到40mol％的锌、0.1mol％到5mol％的锗及20mol％到40mol％的锂的玻璃料。根据本发明的另一方面，一种太阳电池电极可使用根据本发明的用于太阳电池电极的组合物制作。本发明提供一种表现出良好的开路电压及短路电流以及低串联电阻且因此可提供良好的电性质、从而提高太阳电池的效率的用于太阳电池电极的组合物。另外，本发明提供一种表现出粘合力提高的用于太阳电池电极的组合物。此外，本发明提供一种在串联电阻、开路电压及短路电流方面表现出良好的性质且因此可提供良好的电性质、从而在表现出粘合力提高的同时提高太阳电池的效率的用于太阳电池电极的组合物。附图说明图1为根据本发明的一个实施例的太阳电池的示意图。[符号说明]10：晶片11：p层12：n层21：后电极23：前电极100：太阳电池r：电阻器具体实施方式以下，将参照附图详细地阐述本发明的实施例。应理解，本发明可以诸多不同方式来实施，而并非仅限于以下实施例。根据本发明的一种用于太阳电池电极的组合物是用于太阳电池的前电极的组合物，且包含导电粉、玻璃料以及有机载体，其中所述玻璃料可包括以氧化物含量计包含20mol％到55mol％的碲、20mol％到40mol％的锌、0.1mol％到5mol％的锗及20mol％到40mol％的锂的玻璃料。所述玻璃料在玻璃料的碲、锌、锗、锂及其他组分的均匀性方面具有良好的性质。另外，包含所述玻璃料的所述用于太阳电池电极的组合物具有良好的开路电压及短路电流以及低串联电阻，且因此可提供良好的电性质，从而在表现出粘合强度提高的同时提高太阳电池的效率。现在，将更详细地阐述根据本发明的用于太阳电池电极的组合物的每一组分。导电粉在一个实施例中，导电粉可包括银(ag)粉。银粉可具有纳米级粒度或微米级粒度。举例来说，银粉可具有数十纳米到数百纳米的粒度或数微米到数十微米的粒径。作为另外一种选择，银粉可为具有不同粒度的两种或更多种类型的银粉的混合物。在另一实施例中，导电粉可包含金(au)、钯(pd)、铂(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)、钼(mo)、镍(ni)等。作为导电粉，上述材料可单独使用或以其混合物或者其合金形式使用。优选地，导电粉为银粉。导电粉可具有各种颗粒形状，例如球形状、薄片形状、或非晶形颗粒形状，对此并无限制。优选地，导电粉具有0.1μm到10μm、优选地0.5μm到5μm的平均粒径(d50)。在此平均粒径范围内，所述组合物可减小太阳电池的接触电阻及线电阻。平均粒径(d50)可在经由超声波作用在25℃下将导电粉分散在异丙醇(isopropylalcohol，ipa)中达3分钟之后，利用例如型号1064d(西莱斯有限公司(cilasco.,ltd.))来测量。以用于太阳电池电极的组合物的总重量计，可存在60重量％到95重量％的量的导电粉。在此范围内，所述组合物可提高太阳电池的转换效率且可易于制备成膏形式。优选地，以组合物的总重量计，可存在70重量％到90重量％的量的导电粉。玻璃料玻璃料用于通过在用于太阳电池电极的组合物的烘烤工艺期间对减反射层进行刻蚀并对导电粉进行熔融而在射极区中形成导电粉的晶粒。此外，玻璃料会提高导电粉与晶片的粘合力，且在烘烤工艺期间被软化以降低烘烤温度。以氧化物含量计，玻璃料可包含20mol％到55mol％的碲(te)、20mol％到40mol％的锌(zn)、0.1mol％到5mol％的锗(ge)及20mol％到40mol％的锂(li)。当碲、锌、锗及锂的量落在这些范围内时，玻璃料的组分的均匀性可得到提高，且所述组合物在串联电阻、开路电压及短路电流方面具有良好的性质，并且因此可提供良好的电性质，从而在表现出粘合力提高的同时提高太阳电池的效率。优选地，以氧化物含量计，玻璃料中存在20mol％到55mol％、优选地30mol％到50mol％、更优选地30mol％到45mol％的量的碲。在此范围内，玻璃料可减小接触电阻及线电阻以改善电性质，从而在提高组合物的粘合力的同时提高太阳电池的效率。以氧化物含量计，玻璃料中存在20mol％到40mol％、优选地20mol％到30mol％、更优选地20mol％到25mol％的量的锌。在此范围内，玻璃料可在串联电阻、开路电压及短路电流方面提供良好的性质以改善电性质，从而在提高组合物的粘合力的同时提高太阳电池的效率。以氧化物含量计，玻璃料中存在0.1mol％到5mol％、优选地0.5mol％到4mol％的量的锗。在此范围内，玻璃料的组分的均匀性可得到提高。以氧化物含量计，玻璃料中存在20mol％到40mol％、优选地20mol％到30mol％的量的锂。在此范围内，玻璃料可在串联电阻、开路电压及短路电流方面提供良好的性质以改善电性质，从而在提高组合物的粘合力的同时提高太阳电池的效率。玻璃料可为不含铅(pb)的玻璃料。不含铅的玻璃料在生态友好性方面为有利的。在一个实施例中，玻璃料可为包含元素碲、锌、锗及锂的te-zn-ge-li-o玻璃料。优选地，te-zn-ge-li-o玻璃料包含20mol％到55mol％的碲、20mol％到40mol％的锌、0.1mol％到5mol％的锗及20mol％到40mol％的锂。当元素金属的量落在这些范围内时，玻璃料可在接触电阻及线电阻方面提供良好的性质。玻璃料除碲、锌、锗及锂以外还可包含金属和/或金属氧化物。举例来说，玻璃料还可包含选自由以下组成的群组的至少一者：硼(b)、铋(bi)、镁(mg)、钨(w)、磷(p)、镓(ga)、铈(ce)、铁(fe)、硅(si)、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)、铝(al)及其氧化物。在一个实施例中，玻璃料可为除碲、锌、锗及锂以外还包含硼、铋、镁及钨中的至少一种金属/金属氧化物的玻璃料。举例来说，玻璃料可为包含元素碲、锌、锗、锂、硼、镁及钨的te-zn-ge-li-b-mg-w-o玻璃料。优选地，te-zn-ge-li-b-mg-w-o玻璃料包含20mol％到55mol％的碲、20mol％到40mol％的锌、0.1mol％到5mol％的锗、20mol％到40mol％的锂、0.01mol％到10mol％的硼、1mol％到10mol％的镁及0.01mol％到10mol％的钨。当元素金属的量落在这些范围内时，玻璃料可在接触电阻及线电阻方面提供良好的性质。举例来说，玻璃料可为包含元素碲、锌、锗、锂、硼、铋、镁及钨的te-zn-ge-li-b-bi-mg-w-o玻璃料。优选地，te-zn-ge-li-b-bi-mg-w-o玻璃料包含20mol％到55mol％的碲、20mol％到40mol％的锌、0.1mol％到5mol％的锗、20mol％到40mol％的锂、0.01mol％到10mol％、优选地1mol％到10mol％的硼、0.01mol％到10mol％、优选地0.01mol％到1mol％的铋、1mol％到10mol％的镁及0.01mol％到10mol％、优选地1mol％到10mol％的钨。当元素金属的量落在这些范围内时，玻璃料可在线电阻方面提供良好的性质。以氧化物含量计，玻璃料可包含总计为40mol％到60mol％、优选地40mol％到50mol％的锌及锂。在此范围内，玻璃料可在提高组合物的粘合力的同时在线电阻方面提供良好的性质。玻璃料的形状及大小无特别限制。举例来说，玻璃料可具有0.1μm到10μm的平均粒径(d50)。另外，玻璃料可具有球形状或非晶形状。本文中，“平均粒径(d50)”可在经由超声波作用在25℃下将玻璃料分散在异丙醇(ipa)中达3分钟之后，利用例如型号1064d(西莱斯有限公司)来测量。优选地，玻璃料具有0.5μm到10μm、尤其是0.5μm到2.0μm的平均粒径(d50)。可通过所属领域中已知的任何典型方法由氧化碲、氧化锌、氧化锗、氧化锂及视需要金属和/或金属氧化物来制备玻璃料。举例来说，可通过以下方式来制备玻璃料：利用球磨机(ballmill)或行星式磨机(planetarymill)将氧化碲、氧化锌、氧化锗、氧化锂及视需要金属和/或金属氧化物进行混合，在800℃到1300℃下对此混合物进行熔融，并将经熔融混合物淬火到25℃，然后利用盘磨机(diskmill)、行星式磨机或类似磨机将所获得的产物粉碎。以用于太阳电池电极的组合物的总重量计，可存在0.1重量％到20重量％、具体来说0.5重量％到15重量％、0.8重量％到15重量％、0.5重量％到1.5重量％或0.8重量％到2.5重量％的量的玻璃料。在此范围内，玻璃料可在串联电阻、开路电压及短路电流方面提供良好的性质以改善组合物的电性质，从而在提高组合物的粘合力的同时提高太阳电池的效率。有机载体有机载体通过与组合物的无机组分进行机械混合而对所述组合物赋予适合于印刷的合适的粘度及流变特性以用于太阳电池电极。有机载体可为用于太阳电池电极的组合物中所使用的任何典型有机载体，且可包含粘合剂树脂、溶剂等。粘合剂树脂可选自丙烯酸酯树脂或纤维素树脂。一般使用乙基纤维素作为所述粘合剂树脂。另外，粘合剂树脂可选自乙基羟乙基纤维素、硝基纤维素、乙基纤维素与酚树脂的掺合物、醇酸树脂、酚树脂、丙烯酸酯树脂、二甲苯树脂、聚丁烷树脂(polybutaneresin)、聚酯树脂、脲树脂、三聚氰胺树脂、乙酸乙烯酯树脂、木松香、醇的聚甲基丙烯酸酯等。溶剂可选自由以下组成的群组：例如，己烷、甲苯、乙基溶纤剂、环己酮、丁基溶纤剂、丁基卡必醇(二乙二醇单丁醚)、二丁基卡必醇(二乙二醇二丁醚)、丁基卡必醇乙酸酯(二乙二醇单丁醚乙酸酯)、丙二醇单甲醚、己二醇、萜品醇、甲基乙基酮、苯甲醇、γ-丁内酯及乳酸乙酯。这些溶剂可单独使用或以其混合物形式使用。用于太阳电池电极的组合物可包含余量的有机载体。优选地，以所述组合物的总重量计，存在1重量％到30重量％的量的有机载体。在此范围内，有机载体可对所述组合物提供足够的粘合强度及良好的可印刷性。添加剂根据本发明的用于太阳电池电极的组合物视需要还可包含任何典型添加剂以增强流动性、工艺性质及稳定性。添加剂可包括分散剂、触变剂、塑化剂、粘度稳定剂、消泡剂、颜料、紫外线稳定剂、抗氧化剂、偶合剂等。这些添加剂可单独使用或以其混合物形式使用。以用于太阳电池电极的组合物的总重量计，可存在0.1重量％到5重量％的量的添加剂，但所述添加剂的含量可视需要进行改变。太阳电池电极及包括所述太阳电池电极的太阳电池本发明的其他方面涉及一种由用于太阳电池电极的组合物形成的电极以及包括所述电极的太阳电池。图1示出根据本发明的一个实施例的太阳电池。参照图1，根据本发明的太阳电池100包括后电极21及前电极23，后电极21及前电极23是通过以下方式来形成：将用于电极的组合物印刷在晶片10上或包括p层11(或n层)及n层12(或p层)作为射极的衬底上，然后进行烘烤。举例来说，通过以下方式来执行制备后电极的初步工艺：将组合物印刷在晶片的背面上且在约200℃到约400℃下将经印刷组合物干燥约10秒到60秒。另外，可通过将组合物印刷在晶片的前表面上且对经印刷组合物进行干燥来执行用于制备前电极的初步工艺。接着，可通过将晶片在约400℃到约950℃下、优选地在约700℃到约950℃下烘烤约30秒到210秒来形成前电极23及后电极21。接下来，将参照实例更详细地阐述本发明。然而，应注意，提供这些实例仅用于说明，而不应理解为以任何方式限制本发明。在实例及比较例中所使用的玻璃料的详细内容示于表1中。表1pbob2o3teo2bi2o3znoli2omgogeo2wo3总计平均粒径(μm)a-2.837.50.521.426.69.11.01.1100.01.5b-3.038.00.421.727.06.82.01.1100.01.5c-2.938.60.421.526.76.82.01.1100.01.5d-2.937.80.421.526.86.72.81.1100.01.5e-2.840.20.320.725.76.52.81.0100.01.5f-2.840.40.420.825.75.03.91.0100.01.5g-2.840.30.020.825.85.43.91.0100.01.5h-4.936.20.320.628.06.52.51.0100.01.5i-3.038.90.522.227.66.70.01.1100.01.5j-4.936.20.319.229.46.52.51.0100.01.5k4.92.840.30.315.725.76.52.81.0100.01.5l-10.019.011.321.525.69.02.51.1100.01.5m-2.029.70.341.020.04.31.51.2100.01.5n-2.340.80.321.023.05.56.01.1100.01.5o-2.949.00.520.019.04.92.71.0100.01.5p-2.029.70.320.041.04.31.51.2100.01.5实例1作为有机粘合剂，在60℃下将2.0重量份的乙基纤维素(std4，陶氏化学公司(dowchemicalcompany))充分溶解在6.75重量份的萜品醇中，且向此粘合剂溶液中添加了90.0重量份的平均粒径为2.0μm的球形银粉(ag-4-8，同和高级技术有限公司(dowahightechco.，ltd.))及1.25重量份的表1所示玻璃料a，然后在3辊捏合机中进行混合及捏合，从而制备用于太阳电池电极的组合物。实例2到实例8除了将玻璃料的种类改变为如表2所列以外，以与实例1相同的方式制备了用于太阳电池电极的组合物。比较例1到比较例8除了将玻璃料的种类改变为如表2所列以外，以与实例1相同的方式制备了用于太阳电池电极的组合物。使用在实例及比较例中制备的用于太阳电池电极的组合物中的每一者制作了太阳电池，且接着针对以下性质进行了评价。结果示出于表2中。太阳电池的制作通过以预定图案进行网版印刷、然后在红外线(infrared，ir)干燥炉中在300℃下干燥1分钟而将在实例以及比较例中制备的用于太阳电池电极的组合物中的每一者沉积在晶片(通过对掺杂有硼(b)的p型晶片的前表面进行纹理化、在纹理化表面上形成pocl3的n+层、并在n+层上形成由氮化硅(sinx:h)形成的减反射膜而制备的多晶晶片)的前表面之上。以预定图案对多晶晶片(通过在硼(b)掺杂p型晶片的前表面上将在实例及比较例中制备的用于太阳电池电极的组合物中的每一者纹理化且形成pocl3的n+层以及在n+层的顶部上形成氮化硅(ninx:h)的减反射膜而制备)的前表面进行了网版印刷，且利用红外线干燥炉将此晶片在300℃下干燥了1分钟。然后，将铝膏印刷在晶片的背面上，且以与上述相同的方式对晶片进行了干燥，从而形成指状电极图案以及总线电极图案。将根据此程序形成的电池在带型烘烤炉(belt-typebakingfurnace)中在940℃的温度下烘烤了50秒，从而制作太阳电池。(1)电性质：利用太阳电池效率测试仪(h.a.l.m电子公司(h.a.l.melectronic.))针对短路电流(isc，单位：a)、开路电压(voc，单位：mv)、串联电阻(rs，单位：ω)、分流电阻(rsh，单位：ω)、填充因数(ff，单位：％)及转换效率(eff，单位：％)对所制作的太阳电池中的每一者进行了评价。(2)粘合强度：利用焊铁(fx-838，白光有限公司(hakkoco.,ltd.))在约360℃下对所制作的太阳电池中的每一者的汇流条(busbar)施加助焊剂(bon-102，邦可有限公司(bonkoteco.,ltd.))且结合到sn/pb带(tm-a，华光达技术有限公司(huaguangdatechnologyco.,ltd.))。然后，利用拉伸测试仪(h5kt，英斯特朗有限公司(instronco.,ltd.))在180°的剥离角度下针对粘合强度(单位：n/mm)对经结合的带进行了评价。表2如表2所示，可以看到，根据本发明的用于太阳电池电极的组合物在短路电流(isc，单位：a)、开路电压(voc，单位：mv)及串联电阻(rs，单位：ω)方面表现出性质改善，从而提供高转换效率值。另外，根据本发明的用于太阳电池电极的组合物使得在烘烤时能够在电极与晶片之间形成均匀的界面，且因此可表现出良好的粘合。应理解，在不背离本发明的精神及范围条件下，所属领域中的技术人员可作出各种修改、改变、变更及等效实施例。当前第1页12