TWI647195B

TWI647195B - 用於製備太陽能電池電極的糊劑組合物、太陽能電池電極及太陽能電池

Info

Publication number: TWI647195B
Application number: TW106145716A
Authority: TW
Inventors: 崔永郁
Original assignee: 大陸商無錫帝科電子材料股份有限公司
Priority date: 2016-12-30
Filing date: 2017-12-26
Publication date: 2019-01-11
Also published as: CN106601335B; CN106601335A; TW201823172A

Abstract

本發明公開了一種用於製備太陽能電池電極的糊劑組合物、太陽能電池電極及太陽能電池。其中，該糊劑組合物包含導電粉末、有機載體和玻璃粉料，其中，玻璃粉料包含0.1~20wt%的PbO、30~60wt%的Bi₂O₃、1.0~15wt%的TeO₂和8~30wt%的WO₃，且TeO₂與WO₃的質量比為0.5：1~1.75：1。應用本發明的糊劑組合物製備的太陽能電池電極，和焊帶有優異的粘合強度並且使串聯電阻(Rs)最小化，從而提供高轉換效率。

Description

用於製備太陽能電池電極的糊劑組合物、太陽能電池電極及太陽能電池

本發明涉及太陽能電池製造技術領域，具體而言，涉及一種用於製備太陽能電池電極的糊劑組合物、太陽能電池電極及太陽能電池。

太陽能電池通過p-n結利用光伏效應將太陽光的光子轉換來產生電能。在太陽能電池中，前電極和後電極分別在具有p-n結的半導體晶片或基底的上下表面形成。然後，p-n結的光電效應由進入半導體晶片的太陽光誘導，進而由p-n結的光電效應產生的電子通過電極向外部提供電流。電極用組合物設置於晶片上，再經圖案化和烘焙，形成太陽能電池的電極。

通過持續減小發射極厚度的方法來提高太陽能電池效率，反而可能導致分流，這將劣化太陽能電池的性能。另外，太陽能電池已經逐漸增加面積以提高效率。然而，在這種情況下，可能存在由於太陽能電池的接觸電阻的增加而導致的效率劣化的問題。

太陽能電池通過焊帶彼此連接以構成太陽能電池元件。目前，典型含鉛玻璃粉料在內的成份製造的太陽能電池電極與焊帶的粘合力不足，電極和焊帶之間的低粘附性會導致高的串聯電阻和轉換效率的劣化。

本發明旨在提供一種用於製備太陽能電池電極的糊劑組合物、太陽能電池電極及太陽能電池，以解決現有技術中太陽能電池電極與焊帶的粘合力不足，電極和焊帶之間的低粘附性會導致高的串聯電阻和轉換效率的劣化的技術問題。

為了實現上述目的，根據本發明的一個方面，提供了一種用於製備太陽能電池電極的糊劑組合物。該糊劑組合物包含導電粉末、有機載體和玻璃粉料，其中，玻璃粉料包含0.1~20wt%的PbO、30~60wt%的Bi₂O₃、1.0~15wt%的TeO₂和8~30wt%的WO₃，且TeO₂與WO₃的質量比為0.5：1~1.75：1。

進一步地，玻璃粉料還包括氧化物，氧化物為選自由Li₂O、Na₂O、K₂O、MgO、CaO、SrO、BaO、P₂O₅、ZnO、SiO₂、B₂O₃、TiO₂、NiO組成的組中的一種或多種。

進一步地，氧化物在玻璃粉料中的添加量為1~25wt%。

進一步地，玻璃粉料的平均粒徑D50為0.1~10μm。

進一步地，糊劑組合物包含60~95wt%的導電粉末、1.0~20wt%的有機載體、0.1~5wt%的玻璃粉料，以及餘量的添加劑。

進一步地，添加劑為選自由分散劑、觸變劑、增塑劑、粘度穩定劑、消泡劑、顏料、UV穩定劑、抗氧化劑和偶聯劑組成的組中的一種或多種。

進一步地，導電粉末為銀粉。

進一步地，銀粉的平均粒徑D50為0.1~10μm。

根據本發明的另一方面，提供了一種太陽能電池電極。該太陽能電池由上述任一種的糊劑組合物製備而成。

根據本發明的再一方面，提供了一種太陽能電池，包括電極。該電極為上述由本發明的糊劑組合物製備而成的太陽能電池電極。

應用本發明的糊劑組合物製備的太陽能電池電極，和焊帶有優異的粘合強度並且使串聯電阻(Rs)最小化，從而提供高轉換效率。

100‧‧‧晶片或基板

102‧‧‧n層

101‧‧‧p層

210‧‧‧背面電極

230‧‧‧正面電極

構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用於解釋本發明，並不構成對本發明的不當限定。在附圖中：圖1示出了根據本發明一實施方式中使用糊劑組合物製造的太陽能電池的示意圖。

需要說明的是，在不衝突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。下面將參考附圖並結合實施例來詳細說明本發明。

根據本發明一種典型的實施方式，提供一種用於製備太陽能電池電極的糊劑組合物。該糊劑組合物包含導電粉末、有機載體和玻璃粉料，其中，玻璃粉料包含0.1~20wt%的PbO、30~60wt%的Bi2O3、1.0~15wt%的TeO2和8~30wt%的WO3，且TeO2與WO3的質量比為0.5：1~1.75：1。優選的，導電粉末為銀粉。

根據本發明一種典型的實施方式，玻璃粉料還包括氧化物，氧化物為選自由Li2O、Na2O、K2O、MgO、CaO、SrO、BaO、P2O5、ZnO、SiO2、B2O3、TiO2、NiO組成的組中的一種或多種。其中，氧化物在玻璃粉料中的添加量為1~25wt%，即占玻璃粉料總重量的1~25wt%。

根據本發明一種典型的實施方式，糊劑組合物包含60~95wt%的導電粉末、1.0~20wt%的有機載體、0.1~5wt%的玻璃粉料，以及餘量的添加劑。其中，添加劑為選自由分散劑、觸變劑、增塑劑、粘度穩定劑、消泡劑、顏料、UV穩定劑、抗氧化劑和偶聯劑組成的組中的一種或多種。

根據本發明一種典型的實施方式，提供了一種太陽能電池電極。該太陽能電池由上述任一種的糊劑組合物製備而成。

根據本發明一種典型的實施方式，提供了一種太陽能電池，包括電極。該電極為上述由本發明的糊劑組合物製備而成的太陽能電池電極。

根據本發明一種典型的實施方式，太陽能電池電極組分包括銀粉、氧化鉛-氧化鉍-氧化碲-氧化鎢基玻璃粉料和有機載體。現在，將更詳細地描述本發明的太陽能電池電極的組成。

(A)銀粉

根據本發明一種典型的實施方式，用於製備太陽能電池電極的糊劑組合物包含銀粉作為導電粉末。銀粉的細微性可以是納米或微米級。例如，銀粉可以具有幾十至幾百納米，或幾至幾十微米的細微性。或者，銀粉可以是具有不同粒徑的兩種或更多種銀粉的混合物。

銀粉可以具有球形、薄片或無定形形狀。

銀粉優選具有約0.1μm至約10μm的平均粒徑(D50)，更優選約0.5μm至約5μm的平均粒徑(D50)。平均粒徑可以使用儀器，如Mastersize 2000(Malvern Co.，Ltd。)在將導電粉末在25℃下通過超聲波分散在異丙醇(IPA)中3分鐘之後測量。在該平均粒徑範圍內，組合物可以提供低接觸電阻和低線電阻。

基於組合物的總重量，銀粉可以約60wt%至約95wt%的量存在。在該範圍內，導電粉末可以防止由於電阻的增加而導致的轉換效率的劣化。更佳情況下，導電粉末以約70wt%至約95wt%的量存在。

(B)氧化鉛-氧化鉍-氧化碲-氧化鎢基玻璃粉料

玻璃粉料用於增強導電粉末與晶片或基板之間的粘附力，並且在導電漿料燒結過程中，通過蝕刻減反射層和熔化銀粉而在發射極區域中形成銀晶粒來降低接觸電阻。此外，在燒結工藝期間，玻璃粉料軟化並降低燒結溫度。

當為了提高太陽能電池效率而增加太陽能電池的面積時，可能存在太陽能電池的接觸電阻增加的問題。因此，需要最小化串聯電阻(Rs)和對p-n結的影響。另外，隨著使用具有不同表面電阻的各種晶片的適合燒結溫度在寬範圍內變化，玻璃粉料需要確保足夠的熱穩定性以耐受較大的燒結溫度視窗。

太陽能電池通過焊帶彼此連接以構成太陽能電池元件。在這種情況下，太陽能電池電極和焊帶之間的低粘合強度有可能導致電池的脫離或降低可靠性。在本發明中，為了確保太陽能電池具有所需的電學和物理性質例如粘合強度，使用氧化鉛-氧化鉍-氧化碲-氧化鎢基玻璃粉料(PbO-Bi₂O₃-TeO₂-WO₃)基的玻璃粉料。

在本發明中，氧化鉛-氧化鉍-氧化碲-氧化鎢基玻璃粉料可以包含約0.1wt%至約20wt%的氧化鉛，約30wt%至約60wt%的氧化鉍，約1.0wt%至約20wt%的氧化碲，約5wt%至約25wt%的氧化鎢，且TeO₂與WO3的質量比為0.5：1~1.75：1。在該範圍內，玻璃粉料可以確保優異的粘合強度和優異的轉化效率。

根據本發明一種典型的實施方式，氧化鉛-氧化鉍-氧化碲-氧化鎢基玻璃粉料可以進一步包括至少一種氧化物，選自氧化鋰(Li₂O)，氧化鈉(Na₂O)，氧化鉀(K₂O)，氧化鎂(MgO)，氧化鈣(CaO)，氧化鍶(SrO)，氧化鋇(BaO)，氧化磷(P₂O₅)，氧化鋅(ZnO)，二氧化矽(SiO₂)，氧化硼(B₂O₃)，氧化鈦(TiO₂)，氧化鎳(NiO)。

玻璃粉料可以由氧化鉛-氧化鉍-氧化碲-氧化鎢加上上述至少一種氧化物通過任何典型的方法製備。例如，氧化物與氧化鉛-氧化鉍-氧化碲-氧化鎢以一定的比例混合。混合可以使用球磨機或行星式磨機進行。將混合的組合物在約900℃至約1300℃下熔融，然後驟冷至約25℃。使用盤磨機，行星式磨機等對所得材料進行粉碎，從而提供玻璃粉料。

玻璃粉料的平均粒徑D50可以約0.1μm至約10μm，並且占基於組合物的總量的約0.1wt%至約5wt%的量。玻璃粉料可以具有球形或無定形形狀。

(C)有機載體

通過與太陽能電池電極中的無機組分的機械混合，有機載體賦予導電漿料列印過程所需的適當的粘度和流變特性。

有機載體可以是用於太陽能電池電極組合物的任何典型的有機載體，並且可以包括粘合劑樹脂，溶劑等。

粘合劑樹脂可以選自丙烯酸酯樹脂或纖維素樹脂。通常使用乙基纖維素作為粘合劑樹脂。此外，粘合劑樹脂可以選自乙基羥乙基纖維素、硝化纖維素、乙基纖維素和酚醛樹脂的共混物、醇酸樹脂、苯酚、丙烯酸酯、二甲苯、聚丁烯、聚酯、脲、三聚氰胺、乙酸乙烯酯樹脂、木松香、醇的聚甲基丙烯酸酯等。

溶劑可以選自例如己烷、甲苯、乙基溶纖劑、環己酮、丁基溶纖劑、丁基卡必醇(二甘醇單丁基醚)、二丁基卡必醇(二甘醇二丁基醚)、丁基卡必醇乙酸酯(單丁醚乙酸酯)、丙二醇單甲醚、己二醇、萜品醇、甲基乙基酮、苄醇、γ-丁內酯、乳酸乙酯及其組合。

基於組合物的總重量，有機載體可以約1wt%至約20wt%的量存在。在該範圍內，有機載體可以為組合物提供足夠的粘合強度和優異的可印刷性。

(D)添加劑

根據需要，組合物可以進一步包括典型的添加劑，以增強流動性能，加工性能和穩定性。添加劑可以包括分散劑、觸變劑、增塑劑、粘度穩定劑、消泡劑、顏料、UV穩定劑、抗氧化劑、偶聯劑等，但不限於此。這些添加劑可以單獨使用或作為其混合物使用。這些添加劑可以以組合物中約0.1wt%至約5wt%的量存在，但該量可根據需要改變。

根據本發明一種典型的實施方式，使用糊劑組合物製造的太陽能電池。如圖1所示，背面電極210和正面電極230可以通過印刷電池電極組分於包括p層101和用作發射極的n層102的晶片或基板100上，並經過燒結來形成。例如，通過在晶片的背面上印刷組合物並在約200℃至約400℃下乾燥所印刷的組合物約10秒至60秒，來進行用於製備背面電極的預備工藝。此外，可以通過在晶片的前表面上印刷漿料並乾燥印刷的組合物來進行用於製備前電極的初步工藝。然後，可以通過在約400℃至約950℃，優選約850℃至約950℃下燒結晶片約30秒至50秒來形成正面電極和背面電極。

接下來，本發明將通過參考實施例更詳細地描述。然而，應當注意，這些實施例的提供僅用於說明本發明，不應以任何方式解釋為限制本發明。

為了清楚的目的，省略了本領域技術人員清楚的詳細描述。

實施例及對比例

根據表1所示的組成將氧化物混合，並在900℃~1400℃下進行熔融和燒結，從而製備平均粒徑(D50)為2.0μm的氧化鉛-氧化鉍-氧化碲-氧化鎢基玻璃粉料。

作為有機粘合劑，在60℃下將1.0重量%的乙基纖維素充分溶解在9.0重量%的丁基卡必醇中，並加入包括86重量%的平均粒徑為1.5μm球形銀粉，1.5重量%的所製備的氧化鉛-氧化鉍-氧化碲-氧化鎢-氧化鋅系玻璃粉和0.5重量%的觸變劑Thixatrol ST到粘合劑溶液中，隨後在三輥機中研磨，從而製備太陽能電池電極組合物。

將如上所製備的電極組合物通過絲網印刷，以預定圖案沉積在單晶矽片的前表面上，隨後在紅外乾燥爐中乾燥。然後，將用於製備背鋁電極的組合物印刷在晶片的背面上並以相同的方式乾燥。將通過以上步驟處理的電池片在帶式燒成爐中，於910℃下燒成40秒。使用太陽能效率測試儀(CT-801)來測量電池的轉換效率(%)，串聯電阻Rs(mΩ)，開路電壓(Voc)等。然後，使用烙鐵在300℃至400℃下用焊劑將電池的電極與焊帶焊接。然後，電池電極與焊帶的的粘合強度(N/mm)使用測試儀在180°的剝離角和50mm/min的拉伸速率下測量。測量的轉換效率和拉力測試顯示於表1中。

實施例1~8和對比例1~9

實施例1~8和對比例1~9採用如表1所示的玻璃粉的組成，以相同的方式製備用於太陽能電池電極的組合物，並評價物理性能。需要表明的是表1中的實施例和對比例是為了突出一個或多個發明例的特點，而不是為限制本發明的範圍，也不是說明對比例在本發明的範圍之外。此外，發明主體並不局限於實施例和對比例中所描述的特定細節。

如表1所示，由實施例1~8中製備的玻璃粉組合物製造的太陽能電池電極與對比例1~9相比，同時具備與焊帶很高的粘合強度以和優異的轉換效率。而對比例1~9則表現出或者較低的電池的效率或者較低的拉力，或者兩者同時較低。

對比例1表明玻璃組成中不含有PbO的情況，或對比例2表明玻璃組成中含有較高PbO含量的情況，製成的太陽能電極的效率及拉力都相對發明實例較低。類似的，對比例3和4表明玻璃粉焊有較低或較高的Bi2O3含量，製成的太陽能電池的效率較低。對比例5和6表明WO3的含量不在本發明的範圍內，製成的太陽能電池或有較低的效率或有較低的拉力或兩者都較低。對比例7、8和9表明較高或較低的TeO2與WO3的含量的比例不在本發明的範圍內，製成的太陽能電池或有較低的效率或有較低的拉力或兩者都較低。

發明實例表明，玻璃粉成份為0.1wt%~20wt%的氧化鉛，30wt%~60wt%的氧化鉍，1.0wt%~20wt%的氧化碲，5wt%~25wt%的氧化鎢，TeO2的與WO3的含量的比例在0.5：1~1.75：1內，製成的太陽能電池有更高的性能。

以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。

Claims

一種用於製備太陽能電池電極的糊劑組合物，其特徵在於，包含導電粉末、有機載體和玻璃粉料，其中，所述玻璃粉料包含0.1~20wt%的PbO、30~60wt%的Bi ₂O ₃、1.0~15wt%的TeO ₂和8~30wt%的WO ₃，且TeO ₂與WO ₃的質量比為0.5：1~1.75：1。
根據請求項1所述的糊劑組合物，其特徵在於，所述玻璃粉料還包括氧化物，所述氧化物為選自由Li ₂O、Na ₂O、K ₂O、MgO、CaO、SrO、BaO、P ₂O ₅、ZnO、SiO ₂、B ₂O ₃、TiO ₂、NiO組成的組中的一種或多種。
根據請求項2所述的糊劑組合物，其特徵在於，所述氧化物在所述玻璃粉料中的添加量為1~25wt%。
根據請求項1所述的糊劑組合物，其特徵在於，所述玻璃粉料的平均粒徑D50為0.1~10μm。
根據請求項1所述的糊劑組合物，其特徵在於，所述糊劑組合物包含60~95wt%的所述導電粉末、1.0~20wt%的所述有機載體、0.1~5wt%的所述玻璃粉料，以及餘量的添加劑。
根據請求項5所述的糊劑組合物，其特徵在於，所述添加劑為選自由分散劑、觸變劑、增塑劑、粘度穩定劑、消泡劑、顏料、UV穩定劑、抗氧化劑和偶聯劑組成的組中的一種或多種。
根據請求項1所述的糊劑組合物，其特徵在於，所述導電粉末為銀粉。
根據請求項7所述的糊劑組合物，其特徵在於，所述銀粉的平均粒徑D50為0.1~10μm。
一種太陽能電池電極，其特徵在於，由請求項1至8中任一項所述的糊劑組合物製備而成。
一種太陽能電池，包括電極，其特徵在於，所述電極為如請求項9所述的太陽能電池電極。