CN103680675A - 导电浆料及其用于制造光伏元件的用途 - Google Patents

Abstract

一种导电浆料，包含有机载体、玻璃颗粒以及银颗粒。特别地，本发明导电浆料的玻璃颗粒是金属玻璃颗粒、金属高含量玻璃颗粒、Pb-Sn-V-O玻璃颗粒或含碲粉玻璃颗粒。

Description

导电浆料及其用于制造光伏元件的用途

技术领域

本发明关于一种导电浆料(conductive paste)及其用于制造光伏元件(photovoltaic device)的用途，并且特别地，关于用于制造光伏元件的正面电极时，可形成利于穿隧导电性(tunneling conductivity)的微结构的导电浆。

背景技术

光伏元件(photovoltaic device)因为其将发自光源(例如，太阳光)中容易取得的能量转换成电力，以操控例如，计算机、电脑、加热器…，等电子装置，所以光伏元件已被广泛地使用。最常见的光伏元件即为硅基太阳能电池。

硅基太阳能电池是指利用取自单晶硅晶棒或多晶硅铸锭的结晶硅基材所制作的太阳能电池。在硅基太阳能电池上形成电极的先前技术，先在硅基太阳能电池的正表面及背表面上利用网版印刷等制程涂布金属浆料后，需要执行两次烧结程序，才能形成具有良好的欧姆接触的金属电极。典型的硅基太阳能电池，其正表面涂布导电银浆，其背表面涂布导电铝浆以及导电银浆(或导电银铝浆)。

已有共烧技术(co-fring)运用在硅基太阳能电池的电极的行程，共烧技术则只需执行一次烧结程序，即同时形成具有良好的欧姆接触的正面电极以及供焊接用的汇流排电极(bus bar)、铝形成的背面电极以及供焊接用的背面汇流排电极。正面电极包含线宽较细的网栅电极以及线宽较粗且供焊接用的正面汇流排电极。铝局部扩散至硅基太阳能电池的背表面里，形成了背表面电场(back surface filed,BSF)。背表面电场反射少数载子并增加多数载子的收集再传输至银或银铝形成的背面电极，进而提升硅基太阳能电池的整体效能。

请参阅图1，为现有硅基太阳能电池1的局部截面视图。图1仅展示硅晶圆10以及利用银浆涂布在硅晶圆10的正表面102上且烧结而成的正面电极12。在烧结制程后，一层介面玻璃层14会形成在硅晶圆10与正面电极12之间。显见地，介面玻璃层14降低了载子传输至正面电极12的导电性。现有硅基太阳能电池1利用改变银浆的成分，让银浆烧结成的正面电极12包含团块电极122(或称烧结的银电极)、成长在介面玻璃层14与硅晶圆10之间介面处的银微结晶(Ag crystallite)126及/或成长在介面玻璃层14内的奈米银微粒(nano-Ag colloid)124。藉由银微结晶126及/或奈米银微粒124，可以提升正面电极12与硅晶圆10间的穿隧导电性。

然而，银浆或导电浆料经烧结在介面玻璃层内形成微结构的型态以及其造成的穿隧导电性仍有改善的空间。

发明内容

因此，本发明解决的技术问题在于提供一种导电浆料及其用于制造光伏元件的用途，并且本发明的导电浆料用于制造光伏元件的正面电极时，可以在介面玻璃层内形成利于穿隧导电性的微结构。

本发明的一较佳具体实施例的一种导电浆料，包含有机载体(organicvehicle)、玻璃颗粒(glass frit)以及银颗粒(silver particle)。特别地，本发明的导电浆料其玻璃颗粒是金属玻璃颗粒、金属高含量玻璃颗粒、Pb-Sn-V-O玻璃颗粒或含碲粉玻璃颗粒。藉此，让本发明的导电浆料用于制造光伏元件的正面电极时，可在介面玻璃层内形成有利于穿隧导电性的树枝状金属微结构。

在一具体实施例中，有机载体占本发明的导电浆料的重量百分比为1~10，玻璃颗粒占本发明的导电浆料的重量百分比为1~7，以及银颗粒占本发明的导电浆料的重量百分比的其余部分。

在一具体实施例中，有机载体包含10wt.%的固态纤维素聚合物、0~20wt.%的2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯以及占有机载体的重量百分比的其余部分的松油醇。

本发明的一较佳具体实施例的一种制造光伏元件的方法首先是先制备半导体结构组合。半导体结构组合包含至少一p-n接面，并且具有正表面。接着，本发明的方法是选择性涂布并烘干本发明揭示的导电浆料于正表面上，以形成多条平行的第一导电条于正表面上。接着，本发明的方法是选择性涂布并烘干本发明揭示的导电浆料于正表面上，以形成至少一条与多条第一导电条垂直的第二导电条于正表面上。最后，本发明的方法是烧结多条第一导电条以及至少一条第二导电条，以形成正面电极于正表面上。

在一具体实施例中，于正面电极与正表面之间形成介面玻璃层。正面电极包含形成在介面玻璃层上的团块电极以及自团块电极延伸至介面玻璃层内的多个树枝状金属微结构。

在一具体实施例中，半导体结构组合并且包含抗反射层。反射层提供半导体结构组合的正表面。

在一具体实施例中，半导体结构组合并且包含钝化层。钝化层提供半导体结构组合的正表面。

本发明的一较佳具体实施例的一种光伏元件，其包含半导体结构组合、正面电极以及介面玻璃层。半导体结构组合包含至少一p-n接面，并且具有正表面。正面电极是形成于正表面上。介面玻璃层是形成在正面电极与正表面之间。特别地，正面电极包含形成在介面玻璃层上的团块电极以及自团块电极延伸至介面玻璃层内的多个树枝状金属微结构。

在一具体实施例中，正面电极是利用本发明揭示的导电浆料所形成。

与先前技术相较，根据本发明的导电浆料用于制造光伏元件的正面电极时，可以在介面玻璃层内形成利于穿隧导电性的树枝状金属微结构。

关于本发明的优点与精神可以藉由以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。

附图说明

图1是现有硅基太阳能电池的局部截面视图。

图2是根据本发明的方法所制造的光伏元件的顶视图。

图3是根据本发明的方法所制造的光伏元件的底视图。

图4A至图4D是示意地展示根据本发明的一较佳具体实施例的制造如图2沿A-A线的剖面视图所示的光伏元件的方法。

图4E是图4D中正面电极与钝化层的介面处的局部放大图。图5A、图5B及图5C是采用本明揭示的导电浆料用于制造硅基太阳能电池取其介面玻璃层处试片的TEM照片。

【主要元件符号说明】

1：光伏元件                     10：硅晶圆

102：正表面                     12：正面电极

122：团块电极                   124：奈米银微粒

126：银微结晶                   14：介面玻璃层

2：光伏元件                     20：半导体结构组合

201：结晶硅基材                 202：正表面

204：背表面                     206：p-n接面

208：钝化层                     22：正面电极

222：网栅电极                   222’：第一导电条

224：正面汇流排电极             224’：第二导电条

226：团块电极                   228：树枝状金属微结构

229：介面玻璃层                 24：背面电极

24′：导电层                    26a、26b：背面汇流排电极

26a′、26b′：第三导电条        28：抗反射层

具体实施方式

本发明的一较佳具体实施例的一种导电浆料，包含有机载体、玻璃颗粒以及银颗粒。特别地，本发明的导电浆料其玻璃颗粒是金属玻璃颗粒、金属高含量玻璃颗粒、Pb-Sn-V-O玻璃颗粒或含碲粉玻璃颗粒。藉此，让本发明的导电浆料用于制造光伏元件的正面电极时，可以在介面玻璃层内形成有利于穿隧导电性的树枝状金属微结构。

在一具体实施例中，有机载体占本发明的导电浆料的重量百分比为1~10，玻璃颗粒占本发明的导电浆料的重量百分比为1~7，以及银颗粒占本发明的导电浆料的重量百分比的其余部分。

在一具体实施例中，有机载体包含10wt.%的固态纤维素聚合物(solidcellulose polymer)、0~20wt.%的2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯以及占有机载体的重量百分比的其余部分的松油醇(Terpineol)。

请参阅图2、图3及图4A至图4D，图2是根据本发明的方法所制造光伏元件2(例如，硅基太阳能电池)的顶视图。图3是根据本发明的方法所制造光伏元件2的底视图。图4A至图4D是以截面视图展示本发明的方法的一较佳具体实施例来制造如图2沿A-A线的剖面视图所示的光伏元件2。

如图2及图3所示，根据本发明的方法所制造光伏元件2包含半导体结构组合20、正面电极22、背面电极24以及至少一背面汇流排电极(26a、26b)。半导体结构组合20具有正表面202以及背表面204。

正面电极22是形成在半导体结构组合20的正表面202上。如图2所示，正面电极22包含线宽较细的网栅电极(grid)222以及线宽较粗的至少一正面汇流排电极224。至少一正面汇流排电极224是沿图2中Y方向排列，且供光伏元件2串联时焊接之用。一般光伏元件2(例如，硅基太阳能电池)会有两条或三条正面汇流排电极224。

至少一背面汇流排电极(26a、26b)是形成在半导体结构组合20的该背表面204上，且供光伏元件1串联时焊接之用。于如图3所示的案例中，两条平行的背面汇流排电极(26a、26b)成对称排列，且沿图3中Y方向排列。

背电极24是形成在半导体结构组合20的背表面204上，且覆盖背表面204上形成至少一背面汇流排电极(26a、26b)以外的区域。

如图4A所示，本发明的方法，首先，是制备半导体结构组合20。半导体结构组合20包含至少一p-n接面206并且具有正表面202以及背表面204。根据本发明的方法所制造的光伏元件2在使用过程，正表面202朝上，将面向太阳。为降低入射太阳光的反射率，如图4A所示，正表面202经粗纹化处理成粗糙表面为佳。

接着，如图4B所示，本发明的方法是选择性涂布并烘干本发明揭示的导电浆料于半导体结构组合20的正表面202上，以形成多条平行的第一导电条222’于正表面202上。接着，本发明的方法再次选择性涂布并烘干本发明揭示的导电浆料于正表面202上，以形成至少一条与多条第一导电条222’垂直的第二导电条224’。

同样示于图4B，本发明的方法是在半导体结构组合20的背表面204上，涂布并烘干第一金属浆，以形成导电层24′。

在一具体实施例中，第一金属浆可以由铝、银、铜、金、铂、钯、铝合金、银合金、铜合金、金合金、铂合金、钯合金或其混合物形成的颗粒混合成的导电浆，或其他商用导电金属浆料。第一金属浆是由铝颗粒混合成的导电浆料为佳。

同样示于图4B，本发明的方法是在半导体结构组合20的背表面204上，选择性涂布并烘干第二金属浆，以形成至少一条平行的第三导电条(26a′、26b′)于背表面204上。

在一具体实施例中，第二金属浆可以由铝、银、铜、金、铂、钯、铝合金、银合金、铜合金、金合金、铂合金、钯合金或其混合物形成的颗粒混合成的导电浆，或其他商用导电金属浆料。第二金属浆是由银颗粒与铝颗粒混合成的导电浆为佳。

最后，如图4C所示，本发明的方法是烧结多条第一导电条222’以及至少一条第二导电条224’，以形成正面电极22于正表面202上。也就是说，正面电极22是由经烧结的第一导电条222以及经烧结的第二导电条224所构成。经烧结的第一导电条222即为线宽较细的网栅电极222。经烧结的第二导电条224即为线宽较粗的正面汇流排电极224。本发明的方法并且烧结导电层24′，即烧结成背面电极24，并且烧结至少一条第三导电条(26a′、26b′)，即烧结成至少一背面汇流排电极(26a、26b)。正面电极22与背面电极24、至少一背面汇流排电极(26a、26b)可以藉由不同的烧结制程分别形成，也可以藉由共烧制程一次形成。

在一具体实施例中，半导体结构组合20包含p型态结晶硅基材201，并且在p型态结晶硅基材201的表面植布n型态掺杂以形成n型态区域。如图4A所示，本发明的方法形成钝化层208覆盖该n型态区域，钝化层208提供正表面202。如图4D所示，本发明的方法进一步形成抗反射层28，抗反射层28覆盖钝化层208。在另一具体实施例中，反射层28提供正表面202。

在另一具体实施例中，半导体结构组合20包含n型态结晶硅基材201，并且在n型态结晶硅基材201的表面植布p型态掺杂以形成p型态区域。如图4A所示，本发明的方法形成钝化层208覆盖该p型态区域，钝化层208提供正表面202。如图4D所示，本发明的方法进一步形成抗反射层28，抗反射层28覆盖钝化层208。在另一具体实施例中，抗反射层28提供正表面202。

在另一具体实施例中，半导体结构组合20即为如美国专利公告号第5,935,344号所揭示的硅异质接面太阳能电池(silicon heterojunction solar cell)其结构。硅异质接面太阳能电池的结构请参考美国专利公告号第5,935,344号，在此不再赘述。

请参阅图4D及图4E，是以截面视图展示本发明的一较佳具体实施例的光伏元件2。图4E为图4D中正面电极22与钝化层208的介面处的局部放大图。如图4E所示，本发明揭示的导电浆料涂布在正表面202上且经烧结后，于正面电极22与钝化层208的正表面202之间形成介面玻璃层229。正面电极22包含形成在介面玻璃层22上的团块电极226以及自团块电极226延伸至介面玻璃层229内的多个树枝状金属微结构228。

请参阅表1，为根据本发明揭示的导电浆料以及作为对照组的导电浆料的成份列表。作为对照组的导电浆料采用Si-Pb-B-O玻璃颗粒。这些导电浆料用于制造硅基太阳能电池(对照组、电池A)的正面电极且在780℃下烧结成正面电极。制成的该等太阳能电池，取介面玻璃层处试片，利用穿透式电子显微镜(TEM)观察是否成长树枝状金属微结构。该等太阳能电池的背面电极是使用市售的铝浆涂布、烧结制成，其背面汇流排电极是使用市售的银浆涂布、烧结制成。

对照组电池的TEM试片并未观察到树枝状金属微结构。电池A的TEM试片则观察到树枝状金属微结构，请见图5A、图5B及图5C所示的TEM照片。图5A、图5B及图5C中标号226代表团块电极，标号228代表树枝状金属微结构，标号229代表树枝状金属微结构。图5A、图5B及图5C明显显示树枝状金属微结构228自团块电极226延伸至介面玻璃层229内，树枝状金属微结构228的长度范围为5~400nm。图5A、图5B及图5C中标示EDX的标签为利用TEM内X射线能量散布分析仪(EDX)侦测成份的侦测点，在此不做赘述。

表1

藉由以上较佳具体实施例的详述，是希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所揭露的较佳具体实施例来对本发明的面向加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的专利范围的面向内。因此，本发明所申请的专利范围的面向应该根据上述的说明作最宽广的解释，以致使其涵盖所有可能的改变以及具相等性的安排。

Claims (9)

1.一种导电浆料，包含一有机载体、一玻璃颗粒以及一银颗粒，其特征在于：该玻璃颗粒是一金属玻璃颗粒、一金属高含量玻璃颗粒、一Pb-Sn-V-O玻璃颗粒或一含碲粉玻璃颗粒。

2.如权利要求1所述的导电浆料，，其特征在于：该有机载体占该银浆的重量百分比为1~10，该玻璃颗粒占该银浆的重量百分比为1~7，以及该银颗粒占该银浆的重量百分比的其余部分。

3.如权利要求1所述的导电浆料，其中该有机载体包含10wt.%的固态纤维素聚合物、0~20wt.%的2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯以及占该有机载体的重量百分比的其余部分的松油醇。

4.一种制造一光伏元件的方法，包含下列步骤：

制备一半导体结构组合，该半导体结构组合包含至少一p-n接面且具有一正表面；

选择性涂布并烘干如权利要求1至3中任一项所述的导电浆料于该正表面上，以形成多条平行的第一导电条于该正表面上；

选择性涂布并烘干该导电浆料于该正表面上，以形成至少一条与该多条第一导电条垂直的第二导电条于该正表面上；以及

烧结该多条第一导电条以及该至少一条第二导电条，以形成一正面电极于该正表面上。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：在该正面电极与该正表面之间形成一介面玻璃层，该正面电极包含形成在该介面玻璃层上的一团块电极以及自该团块电极延伸至该介面玻璃层内的多个树枝状金属微结构。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：该半导体结构组合并且包含一抗反射层，该反射层提供该正表面。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于：半导体结构组合并且包含一钝化层，该钝化层提供该正表面。

8.一种光伏元件，包含：

一半导体结构组合，包含至少一p-n接面且具有一正表面；

一正面电极，是选择性地形成于该正表面上；以及

一介面玻璃层，是形成在该正面电极与该正表面之间，其中该正面电极包含形成在该介面玻璃层上的一团块电极以及自该团块电极延伸至该介面玻璃层内的多个树枝状金属微结构。

9.如权利要求8所述的光伏元件，其特征在于：该正面电极是利用如权利要求1至3中任一项所述的导电浆料所形成。

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