用于形成太阳能电池电极的组成物和使用其制备的电极的制作方法

本发明涉及一种用于太阳能电池电极的组成物及一种使用其形成的电极。
背景技术：
：太阳能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。在太阳能电池中，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。通过对用于太阳能电池电极的组成物进行施加、图案化及烘烤而在晶片上形成太阳能电池的电极。作为用于太阳能电池电极的组成物，使用包含导电粉、玻璃料及有机载体的导电膏组成物。玻璃料用于熔融半导体晶片上的减反射膜，从而形成导电粉与晶片之间的电接触。具体来说，玻璃料不仅对太阳能电池的电特性(例如电极的开路电压(voc)及串联电阻(rs))产生影响且也会对决定太阳能电池的转换效率及填充因数的电极的纵横比产生影响。因此，需要一种可改善太阳能电池的电特性的用于太阳能电池电极的组成物。本发明的
背景技术：
公开于日本未经审查专利公开案第2012-084585号中。技术实现要素：本发明的一个目的是提供一种可确保电极与晶片的表面之间的高接触效率，从而使电极的接触电阻及串联电阻最小化的用于太阳能电池电极的组成物、以及一种使用所述组成物制作的电极。本发明的另一目的是提供一种可确保太阳能电池的高填充因数及高转换效率的用于太阳能电池电极的组成物、以及一种使用所述组成物制作的电极。本发明的这些目的及其他目的可通过以下阐述的本发明来实现。本发明的一个方面涉及一种用于太阳能电池电极的组成物。所述用于太阳能电池电极的组成物包含：导电粉；碲(te)-银(ag)-硼(b)系玻璃料；以及有机载体，其中所述玻璃料的碲(te)对硼(b)的摩尔比为70:1到5:1。所述玻璃料可由金属氧化物形成，其中所述金属氧化物可包含50mol％到80mol％的氧化碲(teo2)、0.5mol％到20mol％的氧化硼(b2o3)及1mol％到30mol％的硝酸银(agno3)。所述金属氧化物的硝酸银(agno3)对氧化硼(b2o3)的摩尔比可为1:3到3:1。所述金属氧化物的硝酸银(agno3)对氧化碲(teo2)的摩尔比可为1:80到1:9。所述玻璃料可不含铋(bi)或铅(pb)。所述玻璃料可具有0.1μm到10μm的粒径。所述金属氧化物还可包括以下元素的氧化物中的至少一种：钠(na)、锂(li)、锌(zn)、磷(p)、锗(ge)、镓(ga)、铈(ce)、铁(fe)、硅(si)、钨(w)、镁(mg)、钼(mo)、铯(cs)、锶(sr)、钛(ti)、锡(sn)、铟(in)、钒(v)、钡(ba)、镍(ni)、铜(cu)、钾(k)、砷(as)、钴(co)、锆(zr)、锰(mn)及铝(al)。所述组成物可包含：60wt％到95wt％的所述导电粉；0.1wt％到20wt％的所述玻璃料；以及1wt％到30wt％的所述有机载体。所述组成物还可包含：分散剂、触变剂、塑化剂、粘度稳定剂、消泡剂、颜料、紫外线(uv)稳定剂、抗氧化剂及偶合剂中的至少一种添加剂。本发明的另一个方面涉及一种太阳能电池电极。所述太阳能电池电极可使用上述用于太阳能电池电极的组成物来制作。本发明提供一种可在确保太阳能电池的高填充因数及高转换效率的同时使电极的接触电阻及串联电阻最小化的用于太阳能电池电极的组成物、以及一种使用所述组成物制作的电极。附图说明图1为根据本发明一个实施例的太阳能电池的示意图。附图标号说明10：衬底11：半导体衬底12：射极21：后电极23：前电极100：太阳能电池具体实施方式以下，将详细地阐述本发明的实施例。会不必要地模糊本发明主题的已知功能及构造的详细说明将被省略。除非上下文清晰地另外指出，否则本文所使用的单数形式“一(a、an)”及“所述(the)”旨在也包括复数形式。此外，当在本说明书中使用用语“包括和/或包含(comprises、comprising、includes和/或including)”时，是指出存在所述特征、整数、步骤、操作、元件、组分、和/或其群组，但并不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组分、和/或其群组的存在或添加。另外，除非另外陈述，否则在分析组分时会考虑到误差裕度。本文所使用的用语“金属氧化物”可指一种金属氧化物或多种金属氧化物。此外，本文用来表示某些值的范围的“x到y”意味着“大于或等于x且小于或等于y”。用于太阳能电池电极的组成物根据本发明的一种用于太阳能电池电极的组成物包含导电粉、碲(te)-银(ag)-硼(b)系玻璃料以及有机载体，其中所述玻璃料的碲(te)对硼(b)的摩尔比为70:1到5:1。现在，将更详细地阐述根据本发明的用于太阳能电池电极的组成物的每一组分。导电粉导电粉用于对用于太阳能电池电极的组成物赋予导电性。根据本发明的用于太阳能电池电极的组成物可包含例如银(ag)或铝(al)等金属粉作为所述导电粉。举例来说，导电粉可为银粉。导电粉可具有纳米级粒度或微米级粒度。举例来说，导电粉可为平均粒径为数十纳米到数百纳米或平均粒径为数微米到数十微米的银粉。作为另外一种选择，导电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。导电粉可具有各种颗粒形状，例如球形、薄片形、或非晶形颗粒形状，对此并无限制。导电粉可具有0.1μm到10μm、具体来说0.5μm到5μm的平均粒径(d50)。在此范围内，所述组成物可减小太阳能电池的接触电阻及线电阻。此处，可在通过超声破碎法(ultrasonication)在25℃下将导电粉分散在异丙醇(isopropylalcohol，ipa)中3分钟后，利用1064d型粒径分析仪(茨拉斯有限公司(cilasco.,ltd.))测量平均粒径。在用于太阳能电池电极的组成物中，可存在60wt％到95wt％、具体来说70wt％到90wt％的量的导电粉。在此范围内，所述组成物可提高太阳能电池的转换效率且可易于制备成膏形式。碲(te)-银(ag)-硼(b)系玻璃料玻璃料用于通过在用于太阳能电池电极的组成物的烘烤工艺期间对减反射层进行蚀刻并对导电粉进行熔融而在射极区中形成银晶粒。此外，玻璃料会改善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。作为根据本发明的玻璃料，使用碲(te)-银(ag)-硼(b)系玻璃料，其中碲(te)对硼(b)的摩尔比介于70:1到5:1范围内。玻璃料可提高电极与晶片的表面之间的接触效率，从而在提高太阳能电池的填充因数及转换效率的同时使电极的接触电阻及串联电阻最小化。具体来说，玻璃料的碲(te)对硼(b)的摩尔比可为35:1到8:1、更具体来说为20:1到10:1。碲(te)-银(ag)-硼(b)系玻璃料可由包括氧化碲(teo2)、硝酸银(agno3)及氧化硼(b2o3)的金属氧化物形成。此处，除硝酸银(agno3)以外，银也可源自氧化银、氰化银、卤化银、碳酸银或乙酸银。举例来说，可通过以下方式来制备玻璃料：使用球磨机或行星式磨机将上述金属氧化物混合，在900℃到1,300℃下熔融此混合物，并将熔融混合物淬火到25℃，然后使用盘磨机、行星式磨机等来粉碎所获得的产物。玻璃料可具有0.1μm到10μm的平均粒径(d50)。在一个实施例中，玻璃料可由金属氧化物形成，其中所述金属氧化物可包含50mol％到80mol％的氧化碲(teo2)、0.5mol％到20mol％的氧化硼(b2o3)及1mol％到30mol％的硝酸银(agno3)。在一个实施例中，金属氧化物可包含0.5mol％到20mol％、具体来说0.5mol％到7mol％、更具体来说0.5mol％到5mol％的氧化硼(b2o3)。金属氧化物可包含1mol％到30mol％、具体来说1mol％到10mol％、更具体来说2mol％到7mol％的硝酸银(agno3)。金属氧化物可包含50mol％到80mol％、具体来说60mol％到75mol％的氧化碲(teo2)。在这些范围内，玻璃料可在提高太阳能电池的填充因数的同时使电极的接触电阻及串联电阻最小化。金属氧化物的硝酸银(agno3)对氧化硼(b2o3)的摩尔比可为3:1到1:3。在此范围内，玻璃料可提高太阳能电池的填充因数。金属氧化物的硝酸银(agno3)对氧化碲(teo2)的摩尔比可为1:80到1:9。在此范围内，玻璃料可提高太阳能电池的填充因数。玻璃料可不含铋(bi)或铅(pb)。不含铋(bi)或铅(pb)的玻璃料可使电极的接触电阻及串联电阻最小化，而不使其他性质劣化。所述金属氧化物还可包括以下元素的氧化物中的至少一种：钠(na)、锂(li)、锌(zn)、磷(p)、锗(ge)、镓(ga)、铈(ce)、铁(fe)、硅(si)、钨(w)、镁(mg)、钼(mo)、铯(cs)、锶(sr)、钛(ti)、锡(sn)、铟(in)、钒(v)、钡(ba)、镍(ni)、铜(cu)、钾(k)、砷(as)、钴(co)、锆(zr)、锰(mn)及铝(al)。在用于太阳能电池电极的组成物中，可存在0.1wt％到20wt％、具体来说为0.5wt％到10wt％的量的玻璃料。在此范围内，玻璃料可确保在各种片电阻下p-n结的稳定性，使电阻最小化，且最终提高太阳能电池的效率。有机载体有机载体通过与用于太阳能电池电极的组成物的无机组分进行机械混合而对所述组成物赋予适合于印刷的粘度及流变特性。有机载体可为用于太阳能电池电极的组成物中所用的任何典型有机载体，且一般包含粘合剂树脂、溶剂等。粘合剂树脂可为丙烯酸酯树脂或纤维素树脂中的一种或多种。一般使用乙基纤维素作为所述粘合剂树脂。另外，粘合剂树脂可为以下中的一种或多种：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、聚丁烯树脂(polybuteneresin)、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。溶剂可为以下中的一种或多种：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作为其混合物形式使用。在用于太阳能电池电极的组成物中，可存在1wt％到30wt％的量的有机载体。在此范围内，有机载体可对所述组成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能电池电极的组成物可视需要还包含任何典型添加剂以增强流动性、可处理性及稳定性。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作为其混合物形式使用。以用于太阳能电池电极的组成物的总重量计，可存在0.1wt％到5wt％的量的添加剂，但所述添加剂的含量可视需要进行改变。太阳能电池电极及包括所述太阳能电池电极的太阳能电池本发明的其他方面涉及一种由用于太阳能电池电极的组成物形成的电极以及包括所述电极的太阳能电池。图1示出根据本发明一个实施例的太阳能电池。参照图1，根据本实施例的太阳能电池100包括衬底10、形成于衬底10的前表面上的前电极23、及形成于衬底10的背表面上的后电极21。在一个实施例中，衬底10可为于其上形成有p-n结的衬底。具体来说，衬底10可包括半导体衬底11及射极12。更具体来说，衬底10可为通过利用n型掺杂剂对p型半导体衬底11的一个表面进行掺杂以形成n型射极12而制备的衬底。作为另外一种选择，衬底10可为通过利用p型掺杂剂对n型半导体衬底11的一个表面进行掺杂以形成p型射极12而制备的衬底。此处，半导体衬底11可为p型衬底或n型衬底。p型衬底可为掺杂有p型掺杂剂的半导体衬底11，且n型衬底可为掺杂有n型掺杂剂的半导体衬底11。在对衬底10、半导体衬底11等的说明中，将此种衬底的光进入所述衬底所透过的表面称为前表面(光接收表面)。另外，将衬底的与前表面相对的表面称为背表面。在一个实施例中，半导体衬底11可由结晶硅或化合物半导体形成。此处，结晶硅可为单晶体或多晶体。作为结晶硅，例如可使用硅晶片。此处，p型掺杂剂可为包含例如硼、铝或镓等iii族元素的材料。另外，n型掺杂剂可为包含例如磷、砷或锑等v族元素的材料。前电极23和/或后电极21可使用根据本发明的用于太阳能电池电极的组成物来制作。具体来说，前电极23可使用包含银粉作为导电粉的组成物来制作，且后电极21可使用包含铝粉作为导电粉的组成物来制作。前电极23可通过将用于太阳能电池电极的组成物印刷到射极12上、然后进行烘烤来形成，且后电极21可通过将用于太阳能电池电极的组成物施加到半导体衬底11的背表面、然后进行烘烤来形成。接下来，将参考实例来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。此外，为清晰起见，对所属领域中的技术人员显而易见的细节不再予以赘述。实例1作为有机粘合剂，在60℃下将3.0wt％的乙基纤维素(std4，陶氏化学公司(dowchemicalcompany))充分溶解在6.5wt％的丁基卡必醇中，且接着向粘合剂溶液中添加了87.5wt％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.))、2.5wt％的平均粒径为2.0μm且具有表1所示组成的玻璃料、0.2wt％的分散剂(byk102，毕克化学公司(byk-chemie))及0.3wt％的触变剂(奇科萨特牢(thixatrol)st，海名斯有限公司(elementisco.,ltd.))，然后在3辊捏合机中进行混合及捏合，从而制备用于太阳能电池电极的组成物。实例2到实例7以及比较例1到比较例3除了将玻璃料的组成改变为如表1所列以外，以与实例1相同的方式制备了用于太阳能电池电极的组成物。表1(mol％)teo2agno3b2o3znoli2opbobi2o3总计摩尔比(te/b)实例169.143.52.3912.0412.93--10014.46实例270.533.580.5212.1813.19--10067.82实例364.663.426.2313.0412.65--1005.19实例460.913.10.5214.2821.19--10058.57实例570.932.596.759.1510.58--1005.25实例656.23.920.4115.2824.19--10068.54实例774.842.537.46.928.31--1005.06比较例175.583.580.510.1510.19--10075.58比较例264.663.42712.7212.2--1004.62比较例371.64-2.4812.4813.4--10014.44性质评价(1)接触电阻(rc，mω)、串联电阻(rs，mω)及开路电压(voc，mv)：通过以预定图案进行网版印刷、然后在红外(ir)干燥炉中进行干燥，将在实例及比较例中制备的用于太阳能电池电极的组成物中的每一者沉积在晶片的前表面上。使根据此程序而形成的电池在带型烘烤炉中在600℃到900℃下经受烘烤60秒到210秒，且接着利用传递长度方法(transferlengthmethod，tlm)测试仪关于接触电阻(rc)、串联电阻(rs)及开路电压(voc)进行了评价。结果示出于表2中。(2)填充因数(％)及效率(％)：通过以预定图案进行网版印刷、然后在红外干燥炉中进行干燥，将在实例及比较例中制备的用于太阳能电池电极的组成物中的每一者沉积在晶片的前表面上。接着，将铝膏印刷在晶片的背表面上并以与上述相同的方式进行了干燥。使根据此程序而形成的电池在带型烘烤炉中在400℃到900℃下经受烘烤30秒到180秒，且接着利用太阳能电池效率测试仪ct-801(帕桑有限公司(pasanco.,ltd.))关于填充因数(ff，％)及转换效率(eff.，％)进行了评价。结果示出于表2中。表2如表2所示，可以看出，使用其中碲对硼的摩尔比落在本文所述范围内的用于太阳能电池电极的组成物制作的太阳能电池电极可表现出与晶片的表面具有高接触效率，从而在提高太阳能电池的填充因数及转换效率的同时使接触电阻及串联电阻最小化。相反地，可以看出，其中碲对硼的摩尔比处于本文所述范围之外的比较例1及比较例2的太阳能电池电极具有高串联电阻及接触电阻，且不含银的比较例3的太阳能电池电极表现出高电阻及低填充因数。尽管本文中已阐述了一些实施例，然而应理解在不背离本发明的精神及范围的条件下，所属领域中的技术人员可作出各种修改、变型及改变。因此，应理解，提供前述实施例仅用于说明目的，而不应视为以任何方式限制本发明。当前第1页12