TWI461496B - 太陽能電池及用於其之背電極的漿料組合物 - Google Patents

Description

太陽能電池及用於其之背電極的漿料組合物

本發明主張於2010年07月30日所申請之韓國專利申請案號10-2010-0074425的優先權，此全文將併入本案以作為參考。

本發明所揭露太陽能電池和用於太陽能電池的背電極之漿料組合物。

近來，因為石化燃料的缺乏，開發下一代潔淨能源已成為更重要的課題。在下一代潔淨能源之中，作為解決未來能源的問題，太陽能電池是備受矚目的能源，因為太陽能電池鮮少造成環境污染、具有半永久性的壽命和取之不盡、用之不竭的太陽光資源。

這種太陽能電池可包括具有一N型半導體和一P型半導體的一矽基板上形成的電極。然而，如果電極和矽基板之間的粘接強度較弱，於高溫和高濕度的條件下可能會產生濕氣滲透到電極，如此導電性可能會降低。在極端情況下，電極可能會從矽基板剝離。在這種情況下，太陽能電池的效率和可靠性可能會降低。

本發明實施例提供一背電極之一漿料組合物能夠提高太陽能電池效率和可靠性，和太陽能電池包括使用漿料組合物製備的背電極。

根據本發明實施例之漿料組合物，用於太陽能電池背電極，包括導電粉；一有機載體；和包括矽或金屬的添加劑。

添加劑包括至少一個係選自由矽、矽油、矽樹脂、矽醋酸、氮化矽、氧化矽和碳化矽所組成的群組。

矽油包括至少一個係選自由二甲基矽油、甲基苯基矽油、環聚二甲基矽氧烷與改質矽油(modified silicon oil)所組成的群組。

矽樹脂具有一矽氧烷鍵結(siloxane bonding)。

添加劑包括至少一個係選自由銅、鎂、鎳與包含銅、鎂和鎳其一之合金所組成的群組。

合金包括至少一個係選自由金屬氧化物和金屬添加劑鹽所組成的群組。

添加劑具有平均粒徑在1至10 μm的範圍。

漿料組合物包括50至90重量百分比的導電粉、10到50重量百分比的有機載體、0.1至20重量百分比的添加劑與0至20重量百分比的玻璃熔塊。

漿料組合物是一不含玻璃熔塊漿料組合物。

漿料組合物是一不含鉛漿料組合物。

導電粉包括鋁粉。

根據又一實施例，提供了太陽能電池包括使用上述漿料組合物製造的背電極。

根據本發明實施例之用於太陽能電池的背電極之一漿料組合物，包括矽或金屬的添加劑，如此可以提高燒結密度。因此，使用漿料組合物製備的背電極，背電極與矽基板具有優異的粘接強度。此外，燒結密度可以提高而不需降低翹曲特性和背面電場層的電阻特性。

因此，太陽能電池包括使用漿料組合物製備的背電極，可表現出卓越的效率和可靠性

根據本發明實施例之用於太陽能電池的背電極之一漿料組合物，包括導電粉、有機載體和矽或金屬的添加劑。

導電粉可以是鋁粉。鋁粉包括球形。鋁粉可由相同的粒子或彼此不同的屬性的各種粒子所組成。鋁粒子的平均粒徑約為0.5至10 μm。

然而，本發明實施例並不僅限於以上所述，各種導電粉可應用於本發明實施例中。

溶解粘合劑在溶劑中以製備有機載體。有機載體可能進一步包括反發泡劑和分散劑。溶劑可包括如松油醇或卡必醇(carbitol)的有機溶劑。粘結劑可包括壓克力基樹脂、纖維素基樹脂或醇酸樹脂。然而，本發明實施例並不僅限於以上所述，以及各種有機載體皆可適用於本發明之實施例。

添加劑包括矽或金屬。添加劑增強導電粉的界面結合強度與提高了漿料組合物的密度。因此，使用漿料組合物製備的背電極和太陽能電池的矽基板之間的粘接強度得以提高。因此，太陽能電池的效率和可靠性得以改善。

矽、矽油、矽樹脂、醋酸矽、氮化矽、氧化矽或碳化矽可包含在添加劑之中。例如，矽油可包括二甲基矽油、甲基苯基矽油、環聚二甲基矽氧烷與改質矽油。矽樹脂可有矽氧烷鍵結。

矽油、矽樹脂和包含矽的矽化合物，透過熱分解，從而形成矽、矽鋁合金或氧化矽。因此，矽基板和背電極之間的粘接強度得以提高。

當添加劑包括金屬、銅，鎂鎳與具有上述元素之一的合金可當作金屬。當鋁擴散到較低的背面電場層電阻，金屬可提高燒結密度和可作為吸附裝置(gettering site)。此外，金屬可縮小鋁和矽基板熱膨脹係數之間的差異，從而改善晶圓的翹曲特性。

合金可包括金屬氧化物或金屬添加劑鹽(metal additive salt)。例如，金屬氧化物可包括氧化鎂或氧化鎳。此外，金屬添加劑鹽可包括Cu(OH)、Cu(OH)₂ 、Mg(OH)₂ 、Ni(OH)₂ 、Ni₂ O₃ H₂ O或NiCl₂ 。

添加劑的熱分解溫度在100至400℃的範圍內。

添加劑的平均粒徑為1到10 μm。如果晶粒尺寸超過10 μm，漿料組合物可能不容易塗覆於矽基板上。如果晶粒尺寸小於1 μm，可能會發生爆裂或氧化。也就是說，塗覆製程與可靠性決定添加劑的平均粒徑。

添加劑包括矽或金屬，可當作玻璃熔塊，因此就無須添加玻璃熔塊。由於包含鉛的玻璃熔塊並不包含在此漿料組合物中，它是允許製備的環保漿料組合物。

然而，漿料組合物可包括玻璃熔塊。在這種情況下，玻璃熔塊可包括PbO-SiO₂ ,PbO-SiO₂ -B₂ O₃ ,ZnO-SiO₂ ,ZnO-B₂ O₃ -SiO₂ 或Bi₂ O₃ -B₂ O₃ -ZbO-SiO₂ 。

例如，漿料組合物可包括50至90重量百分比的導電粉、10至50重量百分比的有機載體、0.1至20重量百分比的添加劑與0至20重量百分比的玻璃熔塊。

如果導電粉量超過90的重量百分比，它是難以形成膏狀的(漿料)組合物。如果導電粉的量小於50的重量百分比，導電材料的數量可會減少，從而使背電極的電阻可會增加。

如果有機載體的量超過50的重量百分比，背電極的電阻可會增加。如果有機載體的量不到10的重量百分比，與矽基板的粘接特性可會降低。

如果添加劑的量超過20的重量百分比，可會增加導電粉的量，可會使用漿料組合物製備背電極的電阻增加。在這種情況下，太陽能電池的效率可會降低。如果添加劑量小於0.1的重量百分比，添加劑的作用是不夠的。

因此，0.5至10重量百分比的添加劑，最好地是，考慮添加劑和背電極電阻的影響，漿料組合物包含添加劑0.7至5的重量百分比。

根據漿料組合物的本發明實施例，當漿料組合物燒結製備背電極時，加入包括矽或金屬的添加劑，燒結密度可得到改善。因此，漿料組合物和矽基板之間的粘接強度得以提高。由於添加劑，漿料組合物，可以排除包含鉛的玻璃熔塊，這是對環境有害的玻璃熔塊。如果添加劑包含金屬，如銅、鎂、鎳或其合金，漿料組合物和矽基板之間的粘接強度可提高，而不會使背電極層電阻和太陽能電池的翹曲特性變差。

漿料組合物，可製備如下所述。

首先，有機載體的製備透過溶解於溶劑的粘合劑和預混的混合物。然後，導電粉和添加劑被加到有機載體中和混合物被老化(aged)1至12小時。此時，玻璃熔塊可被添加到混合物。之後，老化的混合物使用3輥軋機以機械方式混合和分散之。然後，混合物被過濾和消泡，從而製備成漿料組合物。然而，上述方法僅供說明，本發明之實施例並不僅限於此。

請見以下所述，根據本發明實施例漿料組合物之太陽能電池的範例，請參照圖1。圖1是太陽能電池的剖視圖。

煩請參考圖1所示，太陽能電池包括P型矽基板10及其上表面N型半導體11，上電極12電性連接到N型半導體11和背電極13電性連接到該P型矽基板10。抗反射層14可形成除上電極12以外的N型半導體11的上表面。另外，背面電場(BSF)層15形成於矽基板10的背電極13上。

根據本發明實施例之漿料組合物，可用於製備太陽能電池的背電極13。再詳細地說，塗覆漿料組合物於矽基板10上，然後漿料組合物被乾燥和烘烤，從而形成背電極13。例如，漿料組合物透過快速熱處理，以1到30分鐘、80至200℃的溫度下乾燥，然後以700至900℃溫度下烘烤。

使用本發明實施例的漿料組合物所製的背電極13與矽基板10間具有優異的粘接強度，即使背電極13暴露在高溫與高濕度的環境下，背電極13可能無法從矽基板10剝離。因此，可以提高太陽能電池的可靠性。此外，背電極13可不包含鉛或只包括少量的鉛，這樣可得到環保的太陽能電池。

此外，如果添加劑包括金屬，鋁顆粒的濕特性(wet property)可以得到改善，使鋁的擴散程度可以得到控制。因此，可形成最佳的背面電場層15。

以下，將披露描述其參考實施例。然而，本發明實施例僅供說明參考和揭露並不限於此實施例。

實施例1

有機載體製備溶解在溶劑中的粘結劑。溶劑的製備以混合二甘醇單丁醚醋酸醚與α-松油醇與乙基纖維素當作粘結劑來使用。然後，鋁粉(導電粉)和矽油(添加劑)和有機載體相混合。以12小時老化此混合物後，老化的混合物再次使用3輥軋機進行混合與分散。然後，混合物進行過濾和消泡，從而製備成鋁漿組合物。此時，漿料組合物包括26重量百分比的有機載體、73重量百分比的鋁粉和1重量百分比的矽油。

透過網印技術塗覆200 μm厚的漿料組合物於矽基板上和然後以2分鐘、200℃的溫度下乾燥之。在此之後，漿料組合物受溫度900℃、30秒的快速熱製程(rapid thermal process)處理之，從而製成背電極。

實施例2

背電極的製備是透過如同實施例1的方法，除了漿料組合物包含25重量百分比的有機載體、73重量百分比的鋁粉和2重量百分比的矽油。

實施例3

背電極的製備是透過如同實施例1的方法，除了漿料組合物包含24重量百分比的有機載體、73重量百分比的鋁粉和3重量百分比的矽油。

實施例4

背電極的製備是透過如同實施例1的方法，除了漿料組合物包含23重量百分比的有機載體、73重量百分比的鋁粉和4重量百分比的矽油。

實施例5

背電極的製備是透過如同實施例1的方法，除了漿料組合物包含23重量百分比的有機載體、73重量百分比的鋁粉和1重量百分比的矽油與3重量百分比的PbO-SiO₂ -B₂ O玻璃熔塊。

實施例6

背電極的製備是透過如同實施例1的方法，除了漿料組合物包含22重量百分比的有機載體、73重量百分比的鋁粉和4重量百分比的矽油與1重量百分比的PbO-SiO₂ -B₂ O玻璃熔塊。

實施例7

銅被用來作為添加劑而不是矽油。背電極的製備是透過如同實施例1的方法，除了漿料組合物包含22重量百分比的有機載體、73重量百分比的鋁粉和2重量百分比的銅與3重量百分比的PbO-SiO₂ -B₂ O玻璃熔塊。

實施例8

背電極的製備是透過如同實施例7的方法，除了以鎂作為添加劑，而不是使用銅。

實施例9

背電極的製備是透過如同實施例7的方法，除了以鎳作為添加劑，而不是使用銅。

比較範例

背電極的製備是透過如同實施例1的方法，除了漿料組合物包含24重量百分比的有機載體、73重量百分比的鋁粉與3重量百分比的PbO-SiO₂ -B₂ O玻璃熔塊。

透過實施例1至9和比較範例所製備的背電極，背電極的鋁表面電阻、背面電場層電阻、翹曲特性和氣泡測試(bubbles tests)之結果顯示於表1中。氣泡測試是透過將形成有背電極的矽基板放入水中，以溫度80℃的加熱板加熱燉煮(double-boiled)之，並觀察一分鐘所產生的氣泡量，其結果被列為良好、正常和不良的空氣量。

請參考表1，實施例1至9之氣泡測試的結果，說明使用添加劑所測試的結果是正常或良好的，但比較範例以氣泡測試所測試的結果是不良的。再詳細說，如果採用添加劑，背電極的燒結密度提高，使背電極不易從矽基板剝離。特別地是，在實施例1至4中，雖然漿料組合物沒有包含玻璃熔塊，但氣泡測試的結果是正常或良好的。

於實施例7到9中，使用含有金屬的添加劑，晶圓的翹曲特性是良好的，背面電場層的電阻降低，且氣泡測試的結果是良好的。

於表2所示，填充因子(FF)和太陽能電池的效率，此太陽能電池包括根據實施例4、5與9和比較範例的背電極。

從表2中所知悉，包括根據實施例4、5和9的背電極之太陽能電池，太陽能電池的填充因子和效率與比較範例相類似。特別地是，以實施例4的案例中，雖然漿料組合物不含玻璃熔塊，但填充因子和效率與比較範例相類似。

在本說明書中所提到的“一(one)實施例”、“一(an)實施例”、“範例實施例”等任何的引用，是與該實施例所描述有關一特定的功能、結構或特徵特性，是有關於該實施例包含至少一本發明之實施例中。此類說法出現在本文多處並不需都參考相同的實施例。此外，當一個特定的功能、結構或特性的描述關於任何實施例，認為它是在一熟習技藝者之智識範圍內去影響其他功能、結構或特徵的眾多實施例。

雖然實施例已說明提及其數個說明實施例，它應可被推斷由那些熟習技藝者等效推知，許多其他的更動潤飾和實施例，其屬於本發明之精神和揭露原理範疇內。尤其是各種的變化與修改是可能的組成部分和/或排列組合皆為的本發明所披露的範圍、圖示和所附申請專利範圍。除了變化和修改的組成部分和/或排列組合，各種替代的使用對於那些熟習技藝者也將是顯而易見的選用之。

10．．．P型矽基板

11．．．N型半導體

12．．．上電極

13．．．背電極

14．．．抗反射層

15．．．背面電場層

圖1　為太陽能電池的剖視圖。

10．．．P型矽基板

11．．．N型半導體

12．．．上電極

13．．．背電極

14．．．抗反射層

15．．．背面電場層

Claims (8)

1. 一種漿料組成物，用於太陽能電池之背電極，其中該漿料組成物包括：導電粉；一有機載體；以及包括矽之一添加劑，其中該添加劑包括至少一個選自由矽、矽油、矽樹脂、矽醋酸、氮化矽、氧化矽和碳化矽所組成之群組，其中該矽油包括至少一個選自由二甲基矽油、甲基苯基矽油、環聚二甲基矽氧烷和改質矽油所組成之群組，其中該漿料組成物包含0.7至5重量百分比的該添加劑。
2. 如申請專利範圍第1項所述之漿料組成物，其中該矽樹脂具有一矽氧烷鍵結。
3. 如申請專利範圍第1項所述之漿料組成物，其中該添加劑之一平均粒徑範圍在1至10μm之間。
4. 如申請專利範圍第1項所述之漿料組成物，其中該漿料組成物包括50至90重量百分比的該導電粉、10到50重量百分比的該有機載體與0至20重量百分比的玻璃熔塊。
5. 如申請專利範圍第4項所述之漿料組成物，其中該漿料組合物是一無玻璃熔塊漿料組合物。
6. 如申請專利範圍第4項所述之漿料組成物，其中該漿料組合物是一無鉛漿料組合物。
7. 如申請專利範圍第1項所述之漿料組成物，其中該導電粉包 括鋁粉。
8. 一種太陽能電池包括一背電極，該背電極之製造使用如申請專利範圍第1項至第7項其一者所述之一漿料組成物。