用于太阳能电池电极的组合物和使用其制备的电极的制作方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的引用
[0002] 本申请要求于2013年12月20日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请号 10-2013-0160767的权益，其全部公开内容结合在此以供参考。
技术领域
[0003] 本发明涉及用于太阳能电池电极的组合物和使用该组合物制备的电极。
【背景技术】
[0004] 太阳能电池采用将太阳光的光子转换为电的p-n结的光伏效应发电。在太阳能电 池中，前电极和背电极分别在具有P_n结的半导体晶片或基片的上表面和下表面上形成。 然后，在P-n结处的光伏效应由进入半导体晶片的太阳光诱发且由P-n结处光伏效应产生 的电子通过电极向外部提供电流。太阳能电池的电极通过涂布、图案化和焙烧电极组合物 而形成在晶片上。
[0005] 为提高太阳能电池效率不断地降低发射极厚度可引起分流，这可能劣化太阳能电 池性能。此外，为了实现更高效率，太阳能电池已经逐渐增加面积。然而，在这样的情况下， 会有由于太阳能电池接触电阻的增加而导致的效率劣化问题。
[0006] 因此，需要可增强电极和硅晶片之间的接触效率以最小化接触电阻（Rc)和串联 电阻（Rs)的用于太阳能电池电极的组合物，从而提供优异的转换效率。
【发明内容】
[0007] 根据本发明的一个方面，用于太阳能电池的组合物可包括银（Ag)粉；包含元素银 (Ag)和铅（Pb)与铋（Bi)中的至少一种的玻璃料；和有机载体，其中玻璃料的Ag与Pb的 摩尔比范围为1 :〇. 1至1 :50,或者Ag与Bi的摩尔比范围为1 :0. 1至1 :20。
[0008] 玻璃料可进一步包括选自下列元素的至少一种：碲（Te)、磷（P)、锗（Ge)、镓（Ga)、 铈（Ce)、铁（Fe)、锂（Li)、硅（Si)、锌（Zn)、钨（W)、镁（Mg)、铯（Cs)、锶（Sr)、钥（Mo)、钛 (Ti)、锡（Sn)、铟（In)、钒（V)、钌（Ru)、钡（Ba)、镍（Ni)、铜（Cu)、钠（Na)、钾（K)、砷（As)、 钴（Co)、锆（Zr)、锰（Mn)、钕（Nd)、铬（Cr)、和铝（A1)。
[0009] 元素银可来源于选自以下的至少一种银化合物：氰化银、硝酸银、卤化银、碳酸银、 和乙酸银。
[0010] 玻璃料可由银化合物和选自铅（Pb)氧化物与铋（Bi)氧化物的至少一种金属氧化 物形成。
[0011] 金属氧化物可进一步包括选自下列的至少一种金属氧化物：碲（Te)、磷（P)、锗 (Ge)、镓（Ga)、铈（Ce)、铁（Fe)、锂（Li)、硅（Si)、锌（Zn)、钨（W)、镁（Mg)、铯（Cs)、锶（Sr)、 钥（Mo)、钛（Ti)、锡（Sn)、铟（In)、钒（V)、钌（Ru)、钡（Ba)、镍（Ni)、铜（Cu)、钠（Na)、钾 〇()、砷仏8)、钴（(：〇)、锆（21〇、锰（111)、钕（制)、铬（0)、和铝仏1)氧化物。
[0012] 组合物可包括60重量％ (wt% )至95wt%的银粉；0? lwt%至20wt%的玻璃料； 和lwt%至30wt%的有机载体。
[0013] 基于玻璃料的总摩尔数，玻璃料可包含0. 1摩尔％至50摩尔％的元素银（Ag)。
[0014] 玻璃料的平均粒径（D50)可为0? 1 ii m至10 iim。
[0015]该组合物可进一步包括选自以下的至少一种添加剂：分散剂、触变剂、增塑剂、粘 度稳定剂、防泡剂、色素、紫外稳定剂、抗氧化剂、和偶联剂。
[0016] 根据本发明的另一个方面，提供了由用于太阳能电池电极的组合物形成的太阳能 电池电极。
【附图说明】
[0017] 图1是根据本发明一个实施方式的太阳能电池的示意图。
【具体实施方式】
[0018] 用于太阳能电池电极的纟目合物
[0019] 根据本发明的用于太阳能电池电极的组合物包含银（Ag)粉；包含元素银（Ag)和 铅（Pb)与铋（Bi)中的至少一种的玻璃料；和有机载体，其中玻璃料的Ag与Pb的摩尔比范 围为1 :0. 1至1 :50,或Ag与Bi的摩尔比范围为1 :0. 1至1 :20。
[0020] 下面更详细地说明根据本发明的用于太阳能电池电极的组合物的每种组分。
[0021] ⑷银粉
[0022] 根据本发明用于太阳能电池电极的组合物包含用作导电粉末的银（Ag)粉。银粉 的粒径可为纳米或微米尺度。例如，银粉的粒径可为几十纳米到几百纳米，或几微米到几十 微米。可替代地，银粉可为两种或更多类型不同粒径的银粉的混合物。
[0023] 银粉可为球形、薄片或无定型形状。
[0024] 银粉的平均粒径（D50)优选为0. 1 ii m至10 iim，更优选0. 5 ii m至5 ii m。例如，在 25°C下通过超声法将导电粉分散在异丙醇（IPA)中3分钟后，可采用型号1064LD(CILAS有 限公司）来测量平均粒径。在这样的平均粒度范围内，该组合物可提供低接触电阻和低线 电阻。
[0025] 基于组合物的总重量，银粉存在的量可为60wt%至95wt%。在该范围内，可防止 由于电阻增加导致的导电粉末的转换效率的劣化，并可防止由于有机载体的量相对降低导 致的形成浆料的困难。有利地，导电粉末存在的量可为70wt%至90wt%。
[0026] ⑶玻璃料
[0027] 玻璃料用来增强导电粉末和晶片或基片间的粘附力，并用来通过刻蚀抗反射层和 熔融银粉在发射极区内形成银晶粒，以便在用于电极的组合物的焙烧过程中降低接触电 阻。而且，在焙烧过程中，玻璃料软化且降低了焙烧温度。
[0028] 当为提高太阳能电池效率而增大太阳能电池面积时，可能有太阳能电池接触电阻 增加的问题。因此，需要最小化串联电阻（Rs)和对p_n结的影响。此外，由于越来越多地 使用各种各样具有不同薄层电阻的晶片，焙烧温度在较宽范围内变化，所以希望玻璃料具 备足够的热稳定性以承受住焙烧温度的较宽范围。
[0029] 玻璃料可由银（Ag)化合物和金属氧化物形成。具体地，玻璃料可通过混合、熔融 和粉碎分解温度为l〇〇〇°C或更低（在此分解温度下银化合物分解为Ag离子）的银化合物 和金属氧化物来制备。上述的金属氧化物包括至少一种金属氧化物。
[0030]银化合物为离子化合物且可包括氰化银（AgCN)、硝酸银（AgN03)、卤化银（Ag-x)、 碳酸银（Ag2C03)、醋酸银和它们的混合物。在卤化银中，X可为碘、氟、氯、或溴，且优选碘。
[0031] 在一个实施例中，金属氧化物可包括铅（Pb)氧化物和铋（Bi)氧化物中的至少一 种。
[0032] 在另一个实施中，金属氧化物可进一步包括选自下列氧化物的至少一种金属氧化 物：碲（Te)、磷（P)、锗（Ge)、镓（Ga)、铈（Ce)、铁（Fe)、锂（Li)、硅（Si)、锌（Zn)、钨（W)、镁 (Mg)、铯（Cs)、锶（Sr)、钥（Mo)、钛（Ti)、锡（Sn)、铟（In)、钒（V)、钌（Ru)、钡（Ba)、镍（Ni)、 铜（Cu)、钠（Na)、钾（K)、砷（As)、钴（Co)、锆（Zr)、锰（Mn)、钕（Nd)、铬（Cr)、和铝（A1)氧 化物。
[0033] 由根据本发明的银化合物和金属氧化物形成的玻璃料可包括银（Ag)和铅（Pb)， 且在玻璃料中Ag与Pb的摩尔比范围为1 :0. 1至1 :50。在该范围内，可以确保低串联电阻 和接触电阻。如在此使用的术语摩尔比是指每种金属的元素摩尔比。
[0034] 在另一个实例中，玻璃料可包括银（Ag)和铋（Bi)。通过印刷和焙烧包括玻璃料的 用于太阳能电池电极的组合物而制备的电极，在玻璃料中Ag与Bi的摩尔比范围为1 :0. 1 至1 :20。在该范围内，可以确保低串联电阻和接触电阻。
[0035] 在更进一步的实例的中，玻璃料可包括银（Ag)和碲（Te)。通过印刷和焙烧包括玻 璃料的用于太阳能电池电极的组合物而制备的电极，在玻璃料中Ag与Te的摩尔比范围为 1 :0. 1至1 :25。在该范围内，可以确保低串联电阻和接触电阻。
[0036] 在另一个实例中，玻璃料可进一步包括选自下列元素的至少一种元素：磷（P)、锗 (Ge)、镓（Ga)、铈（Ce)、铁（Fe)、锂（Li)、硅（Si)、锌（Zn)、钨（W)、镁（Mg)、铯（Cs)、锶（Sr)、 钥（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)、和铝（A1)。
[0037] 基于玻璃料的总摩尔数，玻璃料可包含0. 1摩尔％至50摩尔％的元素银，优选0. 5 摩尔％至40摩尔％的银元素。
[0038] 玻璃料中以元素形式包含的每种金属的含量可通过电感耦合等离子体发射光谱 法（ICP-0ES)测量。ICP-0ES需非常小的样品量，这样在提供优异的分析灵敏度的同时，可 缩短样品准备时间和减小由预处理样品引起的误差。
[0039] 特别地，ICP-0ES可包括预处理样品、配制标准溶液和通过测量和转换目标元素的 浓度来计算玻璃料中每种元素的含量，从而能够精确测量玻璃料中每种元素的含量。
[0040] 在预处理样品的操作中，预定量的样品可溶解在能够溶解玻璃料样品的酸溶液 中，然后加热碳化。酸溶液可包括，例如，硫酸（H 2so4)溶液。
[0041] 碳化的样品可用溶剂（例如蒸馏水或过氧化氢（H202))稀释到可以分析待分析的 元素的合适程度。鉴于ICP-0ES检测器的元素检测能力，碳化的样品可稀释10, 000倍。
[0042] 在用ICP-0ES检测器进行测量时，预处理的样品可采用标准溶液校准，例如，用于 测量元素的有待分析的元素的溶液。
[0043] 在实例中，可通过向ICP-0ES检测器中引入标准溶液且采用外标法绘制校正曲 线，随后采用ICP-0ES检测器测量和转换预处理样品中有待分析的元素的浓度（ppm)，来计 算玻璃料中每种元素的摩尔比。
[0044] 如上文所述，玻璃料可通过本领域熟知的任何典型方法，由银化合物和金属氧化 物制备。例如，银化合物和金属氧化物可按照预定的比例混合。混合可采用球磨机或行星 式磨机来进行。混合物在800°C至13