專利名稱：用于太陽能電池電極的糊劑及使用這種糊劑的太陽能電池電極和太陽能電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于太陽能電池電極的糊劑(或膏劑)，使用這種糊劑的太陽能電池電極和太陽能電池。更具體而言，本發(fā)明涉及包含結(jié)晶的玻璃粉而提供改善的轉(zhuǎn)化效率的用于太陽能電池電極的糊劑，以及使用這種糊劑的太陽能電池。
背景技術(shù)：
因為諸如石油和煤的化石燃料預期將會枯竭，利用太陽光作為替代能源的太陽能電池已經(jīng)吸引了人們的關(guān)注。所制成的太陽能電池采用將太陽光光子轉(zhuǎn)化成電流的p-n結(jié)之光伏效應而產(chǎn)生電能。在太陽能電池中，前電極和后電極分別形成于具有P-n結(jié)的半導體晶片或基板的上下表面上。接著，通過太陽光進入晶片而誘導P-n結(jié)的光伏效應并通過 P-n結(jié)的光伏效應產(chǎn)生的電子提供通過電極流出到外面的電流。太陽能電池的電極通過涂施、圖案化和燒制用于電極的糊劑而形成于晶片上。尤其是對于面對入射方向太陽光的前電極，用于太陽能電池電極的糊劑包括導電性粉末、玻璃粉、和起到液體載體作用的載體。用于評價太陽能電池質(zhì)量的一個標準是轉(zhuǎn)化效率。太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率是指由入射光轉(zhuǎn)化成電能的百分數(shù)并能夠表示為最大功率與入射能量的比率。為了提高太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率，改善電極的特性是很重要的，而各種努力已經(jīng)用于電極特性的改善。例如，韓國專利公開出版物No. 2008-0099406公開了一種測定^Vg粉振實密度的方法。韓國專利公開出版物No. 2007-0084100公開了一種通過改變玻璃粉組成而增強轉(zhuǎn)化效率的方法。韓國專利公開出版物No. 2007-0067636公開了一種改變銀粉顆粒直徑的方法。 韓國專利公開出版物No. 2007-0066938公開了一種采用燒結(jié)抑制劑而提高轉(zhuǎn)化效率的方法。然而，在包括以上公開內(nèi)容的傳統(tǒng)技術(shù)中，在將太陽能電池糊劑印刷和干燥于晶片的前后側(cè)上之后進行燒結(jié)期間Ag離子滲透到硅晶片中，以至于所制備的太陽能電池由于電極上離子分布低下而招致串聯(lián)和并聯(lián)電阻變差，由此太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率不能得到
顯著改善。因此，本發(fā)明人開發(fā)了一種用于使用這種糊劑(或膏劑)的太陽能電池電極和太陽能電池的糊劑，其提供了良好的串聯(lián)和并聯(lián)電阻同時還改善了轉(zhuǎn)化效率。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了用于太陽能電池電極的糊劑(或膏劑)。這種用于太陽能電池電極的糊劑包括(a)導電性粉末，(b)玻璃粉，以及(c)有機載體，其中玻璃粉 (b)包括結(jié)晶的玻璃粉。在一個實施方式中，導電性粉末(a)可以包括選自由銀(Ag)、金(Au)、鈀(Pd)、 鉬(Pt)、銅(Cu)、鉻(Cr)、鈷(Co)、鋁(Al)、錫(Sn)、鉛(Pb)、鋅(Si)、鐵(Fe)M (Ir)、鋨(Os)、銠(Rh)、鶴(W)、鉬(Mo)、鎳(Ni)、和氧化銦錫(ITO)組成的組中的至少之一。優(yōu)選導電性粉末包含銀(Ag)。結(jié)晶的玻璃粉可以具有5% 80%的結(jié)晶度。在一個實施方式中，結(jié)晶的玻璃粉具有20% 80%，優(yōu)選40% 75%的結(jié)晶度。結(jié)晶的玻璃粉可以具有400°C 700°C的結(jié)晶溫度。在一個實施方式中，玻璃粉(b)可以包含結(jié)晶的玻璃粉和無定形的玻璃粉。有機載體(C)可以包含有機粘合劑和溶劑。在一個實施方式中，用于太陽能電池電極的糊劑可以包含(a)50Wt% 90wt%的導電性粉末，(b)0. 5襯％ 20襯％的玻璃粉，以及(C)lwt% 30wt%的有機載體。在另一實施方式中，用于太陽能電池電極的糊劑可以進一步包含至少一種選自由氧化鋅、氧化鉛、和氧化銅組成的組中的金屬氧化物。金屬氧化物可以按照對于糊劑 0. 01wt%~ IOwt%的用量加入。在一個實施方式中，用于太陽能電池電極的糊劑可以進一步包含添加劑，如增塑劑、分散劑、觸變劑、粘度穩(wěn)定劑、消泡劑、顏料、UV穩(wěn)定劑、抗氧化劑、偶聯(lián)劑等。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了由這種糊劑制成的電極。在一個實施方式中，這種電極可以通過燒結(jié)這種用于太陽電池電極的糊劑而形成。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了包含這種電極的太陽能電池。


結(jié)合附圖由所給出的以下實施方式的描述，本發(fā)明的以上和其它目的、特征和優(yōu)點將會顯而易見，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的太陽能電池的示圖。
具體實施例方式本發(fā)明的實施方式現(xiàn)在將參照附圖進行詳細描述。根據(jù)一個實施方式，用于太陽能電池電極的糊劑包含(a)導電性粉末，(b)玻璃粉，和(c)有機載體。(a)導電性粉末在本發(fā)明中，導電性粉末可以是導電性有機材料或?qū)щ娦詿o機材料。導電性粉末的實例可以包括，但不限于，銀(Ag)、金(Au)、鈀(Pd)、鉬(Pt)、銅(Cu)、鉻(Cr)、鈷(Co)、 鋁(Al)、錫(Sn)、鉛(1 )、鋅(Si)、鐵(Fe)、銥(Ir)、鋨(Os)、銠(Rh)、鶴(W)、鉬(Mo)、鎳 (Ni)、和氧化銦錫(ITO)。這些導電性粉末可以單獨使用或以其兩種或多種類型的組合進行使用。在一個實施方式中，導電性粉末包括銀(Ag)顆粒，并可以進一步包括鎳(Ni)、鈷 (Co)、鐵0 )、鋅(Zn)或銅(Cu)顆粒。這種導電性粉末可以具有0. 1 μ m 10 μ m，優(yōu)選0. 2 μ m 7 μ m，更優(yōu)選0. 5 μ m 5 μ m，而更進一步優(yōu)選1 μ m 3 μ m的平均顆粒直徑(D50)。這種導電性粉末可以按照相對于糊劑的總重量的50wt% 90wt%的用量加入。 如果導電性粉末用量處于該范圍內(nèi)，電極就可以獲得良好的串聯(lián)電阻(Rs)和填充系數(shù) (FF)而不會招致電極短路，而且糊劑能夠易于在上述范圍內(nèi)形成。導電性粉末可以優(yōu)選按照70wt% 85wt%的用量加入。(b)玻璃粉玻璃粉用于燒制工藝過程期間蝕刻前表面上的抗反射膜，容許導電性粉末和具有 p-n結(jié)的硅晶片之間產(chǎn)生良好的歐姆接觸，并增強導電性粉末和下基質(zhì)之間的附著力。玻璃粉可以包括結(jié)晶的玻璃粉。在一個實施方式中，所述玻璃粉可以僅包含結(jié)晶的玻璃粉。在另一實施方式中，所述玻璃粉可以包含結(jié)晶的玻璃粉和無定形的玻璃粉。當玻璃粉既包含結(jié)晶的玻璃粉又包含無定形玻璃粉時，在玻璃粉中結(jié)晶的玻璃粉與無定形玻璃粉的混合比率處于30 70 70 30(w/w)，優(yōu)選40 60 60 40 (w/w)的范圍內(nèi)。在一個實施方式中，所述玻璃粉可以包含氧化鉍(Bi2O3)作為主要組分并進一步包含碳酸鋇(BaCO3)、氧化硼(B2O3)、氧化鋅(SiO)等。所述結(jié)晶的玻璃粉可以具有在400°C 700°C下5% 80%的結(jié)晶度。當結(jié)晶玻璃粉處于該范圍內(nèi)，就能夠獲得良好的歐姆接觸甚至在燒結(jié)之后也不會形成開裂。在一個實施方式中，結(jié)晶的玻璃粉可以具有20 % 80 %，優(yōu)選25 % 75 %，更優(yōu)選40 % 70 %的
結(jié)晶度。結(jié)晶的玻璃粉可以具有400°C 700°C的結(jié)晶溫度。另外，結(jié)晶的玻璃粉可以具有300°C 500°C的軟化溫度，和250°C 450°C的轉(zhuǎn)化點。優(yōu)選地，玻璃粉具有300°C 400°C的轉(zhuǎn)化點。玻璃粉(b)可以具有0. 1 μ m 5 μ m的平均顆粒直徑(D50)。當玻璃粉處于該范圍內(nèi)，就不會在形成電極時的印刷期間出現(xiàn)故障，而在燒結(jié)之后獲得良好的圖案緊湊性，由此降低電阻損失。玻璃粉可以按照相對于糊劑總重量0. 5wt% 20wt%的用量加入。在這個范圍內(nèi)，玻璃粉并不會導致抗反射膜的蝕刻和歐姆接觸產(chǎn)生故障，并防止P-n結(jié)擊穿和電阻升高。玻璃粉優(yōu)選按照lwt% 巧襯^，更優(yōu)選加丨1^ 10wt%的用量加入。(c)有機載體有機載體(C)可以是有機粘合劑，其為糊劑提供液體性質(zhì)并可以進一步包含溶劑。作為有機粘合劑，纖維素聚合物，如乙基纖維素、羥乙基纖維素、羥丙基纖維素、和羥乙基羥丙基纖維素，以及丙烯酸類聚合物都可以單獨使用或以其兩種或多種類型的混合物使用。溶劑可以是具有120°C或更高沸點的有機溶劑。溶劑的實例包括但不限于，甲基溶纖劑、乙基溶纖劑、丁基溶纖劑、脂族醇、松油醇(萜品醇，terpineol)、乙二醇、乙二醇單丁基醚、醋酸丁基溶纖劑、和伊士曼成膜助劑(2，2，4_三甲基-1，3-戊二醇單異丁酸酯， texanol)。這些溶劑可以單獨使用或以其兩種或多種類型的混合物使用。在一個實施方式中，有機載體(c)可以包括5wt% 30wt%的有機粘合劑和 70wt% 95wt%的溶劑。在另一實施方式中，有機載體(c)包含10wt% 20wt%的有機粘合劑和80wt% 溶劑。有機載體可以按照相對于糊劑總重量的 30wt%的用量加入。在一個實施方式中，有機載體按照 25wt%的用量加入。優(yōu)選地，有機載體按照5wt% 20wt% 的用量加入。如果有機載體含量低于lwt%，則糊劑制備之后粘度就會增加太大，或者在印
5刷和干燥糊劑之后對基板的附著力就可能變差。如果有機載體含量超過30wt%，太陽能電池接受陽光的表面積就會降低，這就會導致光電原動力降低。(d)金屬氧化物用于太陽能電池電極的糊劑可以進一步包含至少一種選自由氧化鋅(ZnO)、氧化鉛(PbO)、和氧化銅(CuO)組成的組中的金屬氧化物。金屬氧化物(d)可以具有0. 1 μ m 25 μ m，優(yōu)選1. 5 μ m 10 μ m的平均顆粒直徑 (D50)。金屬氧化物(d)改善了電極的接觸電阻并有利于玻璃粉的結(jié)晶。金屬氧化物可以按照相對于糊劑總重量的0.01wt% 10wt%的用量加入。優(yōu)選地，金屬氧化物按照 0. 05wt% 7wt%，而更優(yōu)選0. Iwt % 5wt%的用量加入。如果金屬氧化物按照大于IOwt %的用量加入，則電極圖案的燒結(jié)致密度就會變差，由此導致電阻增加而太陽能電池的電性能變差。太陽能電池電極的糊劑按照需要可以進一步含有普通添加劑，而增強流動性能、 加工性能和穩(wěn)定性。這些添加劑可以包括，但不限于，增塑劑、分散劑、觸變劑、粘度穩(wěn)定齊U、 消泡劑、顏料、UV穩(wěn)定劑、抗氧化劑、偶聯(lián)劑等。這些物質(zhì)可以單獨使用或以其兩種或多種類型的混合物使用。這些物質(zhì)對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是眾所周知的，本文中將省略其詳細描述。本發(fā)明的其它方面提供了由用于太陽能電池電極的糊劑形成的電極和包括這種電極的太陽能電池。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的太陽能電池。參照圖1，后電極210和前電極230可以通過將糊劑印刷和燒制在包括ρ-層101 和η-層102的晶片或基板100上而形成，這將起到發(fā)射極的作用。例如，用于制備后電極 210的預備工藝過程是通過將糊劑印刷在晶片100的后表面上并在200°C 400°C干燥印刷的糊劑10 60s而進行實施。另外，用于制備前電極230的預備工藝過程是通過將糊劑印刷在晶片100的前表面上并干燥印刷的糊劑而進行實施。隨后，前電極230和后電極210 可以通過將晶片100在400°C 900°C下燒制30 50s而形成。本發(fā)明將參照實施例進行詳細描述。然而，應該注意到，提供這些實施例僅用于舉例說明的目的而不用于限制本發(fā)明的范圍。為了描述的清晰性起見，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的細節(jié)描述將會省略。實施例以下實施例和對照實施例中所用的組分清單如下(a)導電性粉末球形Ag粉末，具有2 μ m的平均顆粒直徑(D50) (AG_4_8，Dowa HighTech Co. , Ltd.)(b)玻璃粉(bl)結(jié)晶的無鉛玻璃粉，具有0.9μπι的平均顆粒直徑和365°C的轉(zhuǎn)變點(晶化玻璃，結(jié)晶度 28. 2%, Yamamura Co.，Ltd.，BT328)(b2)無定形的鉛化玻璃粉，具有Iym的平均顆粒直徑和451°C的轉(zhuǎn)變點(鉛化玻璃，Particlogy Co.，Ltd.，PSL1004C)(b3)無定形的無鉛玻璃粉，具有2.2μπι的平均顆粒直徑和421°C的轉(zhuǎn)變點(無鉛玻璃，Particlogy Co.，Ltd.，LF6001)
6
(c)有機載體(cl)粘合劑乙基纖維素(Dow Chemical Co.，Ltd.，STD4)(c2)溶劑松油醇(Nippon Terpine Co.，Ltd.)(d)金屬氧化物ZnO 粉末(Kanto Chemical Co.，Ltd.)實施例1將2wt %乙基纖維素在60°C下充分溶解于15wt %的松油醇中，并向其中加入 80wt%的^Vg粉末和3wt%的結(jié)晶的玻璃粉(bl)且均勻混合溶液，接著經(jīng)由三輥混合機混合和分散而獲得用于太陽能電池電極的糊劑(或膏劑)。實施例2除了加入2wt%的結(jié)晶的玻璃粉(bl)并使用的ZnO粉末之外，按照實施例 1中的相同工藝方法實施實施例2。實施例3除了另外加入2wt%的無定形的鉛化玻璃粉(b2)并使用13wt%的松油醇之外，按照實施例2中的相同工藝方法實施實施例3。實施例4除了使用2wt%的無定形的無鉛玻璃粉(b3)代替無定形的鉛化玻璃粉(b2)之外， 按照實施例3中的相同工藝方法實施實施例4。實施例5除了使用的結(jié)晶的玻璃粉(bl)，的ZnO粉末和13wt%的松油醇之外， 按照實施例1中的相同工藝方法實施實施例5。實施例6除了使用的ZnO粉末和10wt%的松油醇之外，按照實施例3中的相同工藝方法實施實施例6。對照實施例1除了使用3wt%的無定形的鉛化玻璃粉(b2)代替結(jié)晶的玻璃粉(bl)之外，按照實施例1中的相同工藝方法實施對照實施例1。對照實施例2除了使用2wt%的無定形的鉛化玻璃粉(b2)代替結(jié)晶的玻璃粉(bl)之外，按照實施例2中的相同工藝方法實施對照實施例2。將按照實施例1 6和對照實施例1和2制備的每一種糊劑通過絲網(wǎng)印刷而以預定圖案印刷于晶片的整個前表面上，并于UV干燥爐中干燥。將鋁糊劑隨后通過絲網(wǎng)印刷印刷于晶片的整個后表面上并按照相同的方式進行干燥。晶片在帶型干燥爐中于400 900°C下燒制30 50s，由此制備成太陽能電池。太陽能電池的串聯(lián)電阻(Rs，mQ)、并聯(lián)電阻(Rsh, Ω )、和轉(zhuǎn)化效率(EfT.，% )采用太陽能電池效能測試器(CT80l,Pasan SA)進行測定。結(jié)果如表1所示。[表 1]
權(quán)利要求
1.一種用于太陽能電池電極的糊劑，包括(a)導電性粉末，(b)玻璃粉、和(c)有機載體，其中所述玻璃粉包含結(jié)晶的玻璃粉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于太陽能電池電極的糊劑，其中所述導電性粉末(a)包含至少一種選自由銀(Ag)、金(Au)、鈀(Pd)、鉬(Pt)、銅(Cu)、鉻(Cr)、鈷(Co)、鋁(Al)、錫 (Sn)、鉛(Pb)、鋅(Zn)、鐵(Fe)、銥(Ir)、鋨(Os)、銠(Rh)、鎢(W)、鉬(Mo)、鎳(Ni)、和氧化銦錫(ITO)組成的組。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于太陽能電池電極的糊劑，其中所述結(jié)晶的玻璃粉具有 5% 80%的結(jié)晶度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于太陽能電池電極的糊劑，其中所述結(jié)晶的玻璃粉具有 400°C 700°C的結(jié)晶溫度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于太陽能電池電極的糊劑，其中所述玻璃粉(b)包含結(jié)晶的玻璃粉和無定形的玻璃粉。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于太陽能電池電極的糊劑，其中所述結(jié)晶的玻璃粉與所述無定形玻璃粉的混合比率在所述玻璃粉中處于30 70 70 30(w/w)的范圍。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于太陽能電池電極的糊劑，其中所述有機載體(c)包含有機粘合劑和溶劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于太陽能電池電極的糊劑，其中所述糊劑包含 (a)50wt% 導電性粉末，(b)0. 5wt% 所述玻璃粉和(c) Iwt % 30wt%的所述有機載體。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于太陽能電池電極的糊劑，進一步包括相對于所述糊劑的總重量，0. Olwt % IOwt %的至少一種選自由氧化鋅、氧化鉛、和氧化銅組成的組中的金屬氧化物。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于太陽能電池電極的糊劑，進一步包括至少一種選自由增塑劑、分散劑、觸變劑、粘度穩(wěn)定劑、消泡劑、顏料、UV穩(wěn)定劑、抗氧化劑、和偶聯(lián)劑組成的組中的添加劑。
11.一種根據(jù)權(quán)利要求1 10任一項所述的糊劑制成的太陽能電池電極。
12.一種包括根據(jù)權(quán)利要求11所述的電極的太陽能電池。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于太陽能電池電極的糊劑，使用這種糊劑的太陽能電池電極和太陽能電池。這種用于太陽能電池電極的糊劑包括導電性粉末，玻璃粉和有機載體，其中所述玻璃粉包括結(jié)晶的玻璃粉。這種糊劑中的結(jié)晶玻璃粉提供了顯著改善的轉(zhuǎn)化效率。
文檔編號H01L31/0224GK102194537SQ20101057690
公開日2011年9月21日 申請日期2010年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月19日
發(fā)明者岡本珍范, 鄭錫鉉, 金東俊 申請人:第一毛織株式會社