[go: up one dir, main page]

TW201529655A - 用於導電性糊料之含有丙烯酸系樹脂之有機載體 - Google Patents

用於導電性糊料之含有丙烯酸系樹脂之有機載體 Download PDF

Info

Publication number
TW201529655A
TW201529655A TW103141490A TW103141490A TW201529655A TW 201529655 A TW201529655 A TW 201529655A TW 103141490 A TW103141490 A TW 103141490A TW 103141490 A TW103141490 A TW 103141490A TW 201529655 A TW201529655 A TW 201529655A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
weight
conductive paste
paste composition
organic vehicle
composition according
Prior art date
Application number
TW103141490A
Other languages
English (en)
Inventor
David C Kapp
Georg T Smith
Gregory M Berube
Cui-Wen Guo
Lin Jiang
Krupali Patel
Original Assignee
Heraeus Precious Metals North America Conshohocken Llc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Heraeus Precious Metals North America Conshohocken Llc filed Critical Heraeus Precious Metals North America Conshohocken Llc
Publication of TW201529655A publication Critical patent/TW201529655A/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/20—Electrodes
    • H10F77/206—Electrodes for devices having potential barriers
    • H10F77/211—Electrodes for devices having potential barriers for photovoltaic cells
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C8/00—Enamels; Glazes; Fusion seal compositions being frit compositions having non-frit additions
    • C03C8/14—Glass frit mixtures having non-frit additions, e.g. opacifiers, colorants, mill-additions
    • C03C8/18—Glass frit mixtures having non-frit additions, e.g. opacifiers, colorants, mill-additions containing free metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02—Elements
    • C08K3/08—Metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/18—Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
    • C08K3/20—Oxides; Hydroxides
    • C08K3/22—Oxides; Hydroxides of metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D11/00—Inks
    • C09D11/02—Printing inks
    • C09D11/10—Printing inks based on artificial resins
    • C09D11/106—Printing inks based on artificial resins containing macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • C09D11/107—Printing inks based on artificial resins containing macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds from unsaturated acids or derivatives thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D11/00—Inks
    • C09D11/52—Electrically conductive inks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/20—Conductive material dispersed in non-conductive organic material
    • H01B1/22—Conductive material dispersed in non-conductive organic material the conductive material comprising metals or alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02—Elements
    • C08K3/08—Metals
    • C08K2003/0806—Silver
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

本文提供一種用於製造太陽能電池之導電性糊料組合物，其包括導電性金屬粒子、玻璃料及包括有機溶劑及無活性氫官能基之丙烯酸系樹脂之有機載體。該導電性糊料組合物能夠經由具有約40μm或更小之直徑之絲網開口絲網印刷。

Description

用於導電性糊料之含有丙烯酸系樹脂之有機載體
本發明係關於含有有機載體之導電性糊料，該有機載體包括丙烯酸系樹脂。該等糊料可用於製造太陽能電池。
太陽能電池係使用光伏打效應將光能轉化成電之器件。太陽能係有吸引力之綠色能源，此乃因其可持續且僅產生無污染之副產物。在操作中，在光碰撞太陽能電池時，入射光之一部分由表面反射且剩餘部分透射至太陽能電池中。透射光之光子由太陽能電池吸收，太陽能電池通常係由半導電材料(例如矽)製得。來自吸收光子之能量自半導電材料之原子激發電子，從而生成電子-電洞對。該等電子-電洞對隨後由p-n接面分離且由施加於太陽能電池表面上之導電性電極收集。以此方式，電可在互連太陽能電池之間傳導。
太陽能電池通常具有導電性糊料，其施加於太陽能電池之前表面及後表面且在燒製時形成電極。通常將前側糊料絲網印刷至基板之前側上以用作前電極。典型導電性糊料含有金屬粒子、玻璃料及有機載體。該等組份應小心地加以選擇以完全利用所得太陽能電池之潛能。舉例而言，有機載體之組成可對所得太陽能電池組之性能具有影響。有機載體對糊料之黏度具有效應，由此影響其印刷性。與已知前側糊料組合物相關之一個問題在於其不易於經由具有低於約40μm之 直徑之絲網開口印刷。在糊料不易於印刷時，形成電極之所得印刷線可能不均勻，因此影響所產生太陽能電池之整體效率。
中國專利公開案第101834008號揭示用於電子銀糊料中之自交聯丙烯酸酯樹脂。糊料含有具有於室溫下緩慢交聯之官能基(例如，丙烯酸酯、環氧化物)的分子，由此增加糊料之黏度並降低儲存穩定性。該樹脂可不適用於較高溫度應用糊料中，此乃因熱加速交聯可增加有機分子量並抑制有機相之清潔燃盡。
日本專利申請公開案第2009/259826號揭示黑色之導電性糊料，其用於施加至電漿顯示面板。此糊料包括丙烯酸酯聚合物樹脂，且亦包括不適於形成太陽能電池電極之黑色顏料。
因此，需要具有適於經由具有約40μm或更小之直徑之絲網開口印刷之絲網的黏度且適於太陽能電池的改良之導電性糊料。
本發明之一個實施例係關於用於製造太陽能電池之導電性糊料組合物。糊料包含導電性金屬粒子、玻璃料及有機載體，該有機載體包括(i)有機溶劑及(ii)無活性氫官能基之丙烯酸系樹脂。
本發明之導電性糊料適於經由具有約40μm或更小之直徑之絲網開口印刷之絲網，從而容許細線印刷同時仍提供足夠導電性。
本發明之另一實施例係關於產生太陽能電池之方法，其包含以下步驟：提供具有前側及背側之矽晶圓、向矽晶圓施加本發明之導電性糊料及燒製矽晶圓。
本發明之糊料可用於在太陽能電池上形成電極。電極提供在太陽能電池之間發生導電性之途徑。導電性糊料組合物較佳包括導電性 金屬粒子、玻璃料及包括丙烯酸系樹脂之有機載體。
有機載體
期望有機載體係容許細線印刷性、同時亦改良印刷線之物理特性者。特定而言，可經絲網印刷且形成均勻(或實質上均勻)印刷線之導電性糊料較佳。表徵印刷線之均勻性之一種方式係藉由其線清晰度，其可藉由分析縱向邊緣均勻性(即，沿線之長度之寬度變化)及高度變化(即，沿線之頂部之「峰」及「谷」)來測定。線邊緣或高度之標准偏差通常用於測定線均勻性。標准偏差愈低，考慮線寬度及線高度值，則線均勻性愈佳。
在經由具有約40μm或更小之直徑之絲網開口絲網印刷當前糊料時，該均勻性受損。利用該等窄的絲網開口，糊料之黏度應降低(與經由較大絲網開口印刷之糊料相比)以有利於糊料穿過絲網沈積。由於黏度降低，線清晰度惡化，此時糊料更可能沿基板之表面「擴展」。類似地，縱橫比(高度與寬度之間之比率)亦減小。隨著減小之線均勻性及減小之縱橫比，太陽能電池之效率惡化。通常，高於約0.25之縱橫比較佳。
有益的是，利用相對較小絲網開口(即，40μm或更小)印刷以便產生更細線，藉此較少覆蓋矽晶圓表面。藉由較少用導電性糊料覆蓋表面，更多矽表面暴露於日光，此增加太陽能電池之效率。本發明允許印刷細線，同時維持線均勻性及縱橫比。
在較佳實施例中，糊料具有至少約50Kcp且至多約300Kcp(千厘泊)之黏度。不受限於任何特定理論，據信此黏度範圍允許經由具有約40μm或更小之直徑之絲網開口印刷之最佳絲網。
在一個實施例中，基於糊料之100%總重量，導電性糊料包括至少約1wt%有機載體且更佳至少約5wt%有機載體。同時，基於糊料之100%總重量，導電性糊料較佳包括不超過約20wt%有機載體且更 佳不超過約15wt%有機載體。
根據較佳實施例，有機載體包含丙烯酸系樹脂。當前導電性糊料組合物經常使用纖維素或纖維素酯作為有機載體之樹脂組份。然而，該等糊料不能經由具有約40μm或更小之直徑之絲網開口充分印刷。使用丙烯酸系樹脂代替纖維素或纖維素酯或除纖維素或纖維素酯外亦使用丙烯酸系樹脂會改良使用40μm或更小之直徑之絲網的印刷性，使得改良印刷線之均勻性。
基於有機載體之100%總重量，有機載體可包含至少約1wt%、較佳至少約2wt%且最佳至少約4wt%丙烯酸系樹脂。同時，基於有機載體之100%總重量，有機載體較佳包括不超過約15wt%、較佳不超過12%且最佳不超過10%丙烯酸系樹脂。
丙烯酸系樹脂較佳無活性氫官能基(即，可供應、接受或共享之氫原子)。舉例而言，丙烯酸系樹脂較佳無羥基、羧基或醯胺基團(丙烯酸酯中心中之羧基除外)。在一個實施例中，丙烯酸系樹脂可為甲基丙烯酸烷基酯(例如甲基丙烯酸C1-C6酯)之聚合物。烷基可為直鏈或具支鏈。舉例而言，樹脂可為甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸異丁酯或甲基丙烯酸正己基酯之聚合物。在另一實施例中，樹脂可為無活性氫官能基之任何其他丙烯酸酯樹脂，包括但不限於丙烯酸丁酯或丙烯酸異丁酯。根據一個實施例，丙烯酸系樹脂不能自交聯。
丙烯酸系樹脂較佳具有至少約50千道爾頓(KD)且較佳至少約100KD之分子量。同時，丙烯酸系樹脂較佳具有不超過約350KD、較佳不超過約300KD且最佳不超過約250KD之分子量。較佳丙烯酸系樹脂係(例如)具有約100-250KD(例如，193KD)之分子量之甲基丙烯酸異丁酯聚合物。
根據一個實施例，有機載體不包括胺基甲酸酯丙烯酸酯樹脂。
根據另一實施例，有機載體進一步包含有機黏合劑及有機溶劑。在較佳實施例中，有機載體亦包括表面活性劑或觸變劑或其任何組合中之至少一者。
在燒製期間，較佳在很大程度上自糊料移除溶劑組份。在一個實施例中，與燒製之前相比絕對重量減少至少約80%、更佳至少95%之燒製後存在之溶劑較佳。較佳溶劑係彼等為糊料提供改良之黏度、印刷性、穩定性及燒結特性者。業內已知且視為適於本發明上下文之所有溶劑皆可用作有機載體中之溶劑。較佳溶劑係彼等在標準環境溫度及壓力(SATP)(298.15K，25℃，77℉)、100kPa(14.504psi，0.986atm)下以液體形式存在者，更佳係彼等具有高於約90℃之沸點及高於約20℃之熔點者。
本發明之較佳溶劑包括(但不限於)極性或非極性、質子或非質子、芳族或非芳族化合物，且可為單醇、二醇、多元醇、單酯、二酯、多酯、單醚、二醚、聚醚、包含該等類別之官能基中之至少一或多者、視情況包含其他類別之官能基(較佳環狀基團、芳族基團、不飽和鍵、一或多個O原子由雜原子(例如N原子)替代之醇基團、一或多個O原子由雜原子(例如N原子)替代之醚基團、一或多個O原子由雜原子(例如N原子)替代之酯基團)的溶劑及上述溶劑中之二者或更多者之混合物。本上下文中之較佳酯包括(但不限於)脂肪酸之二-烷基酯，較佳烷基成份包括甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基及較高碳數烷基或兩種不同該等烷基之組合，較佳己二酸二甲基酯及兩種或更多種己二酸酯之混合物。本上下文中之較佳醚包括(但不限於)二醚，例如乙二醇之二烷基醚及兩種二醚之混合物。伸乙基之二烷基醚中之烷基成份可為(例如)甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基及較高碳數烷基或兩種不同該等烷基之組合。本上下文中之較佳醇包括(但不限於)一級、二級及三級醇，較佳三級醇，松油醇及其衍生物較佳，或兩種 或更多種醇之混合物。組合一種以上官能基之較佳溶劑包括(但不限於)(i)2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇異丁酸酯(通常稱為泰克諾(texanol))及其衍生物，(ii)2-(2-乙氧基乙氧基)乙醇(亦稱作卡必醇)及其烷基衍生物，較佳甲基、乙基、丙基、丁基、戊基及己基卡必醇，較佳己基卡必醇或丁基卡必醇及其乙酸酯衍生物，較佳丁基卡必醇乙酸酯，或(iii)上述之至少二者之混合物。
在一個實施例中，溶劑包括二乙二醇單丁基醚、二乙二醇單丁基醚乙酸酯或其任何組合。
基於有機載體之100%總重量，有機載體可包括至少約60wt%、較佳至少約70wt%且最佳至少約80wt%有機溶劑。同時，基於有機載體之100%總重量，有機載體較佳包括不超過約90wt%有機溶劑。
根據另一實施例，有機載體亦包括表面活性劑。本發明上下文中之較佳表面活性劑係彼等促進形成具有有利穩定性、印刷性、黏度及燒結性質之導電性糊料者。較佳表面活性劑包括(但不限於)彼等基於直鏈、具支鏈、芳族鏈、氟化鏈、矽氧烷鏈、聚醚鏈及其組合之表面活性劑，且可為單鏈、雙鏈或多鏈。較佳表面活性劑可具有非離子、陰離子、陽離子、兩親性或兩性離子頭。較佳表面活性劑包括(但不限於)聚合物表面活性劑、單體表面活性劑及其混合物。較佳表面活性劑可具有顏料親和基團，較佳具有顏料親和基團之羥基官能羧酸酯(例如，DISPERBYK®-108，由BYK USA公司製造)、具有顏料親和基團之丙烯酸酯共聚物(例如，DISPERBYK®-116，由BYK USA公司製造)、具有顏料親和基團之經修飾聚醚(例如，TEGO® DISPERS 655，由Evonik Tego Chemie GmbH製造)或具有高顏料親和力之基團之其他表面活性劑(例如，TEGO® DISPERS 662 C，由Evonik Tego Chemie GmbH製造)。其他較佳表面活性劑包括(但不限於)聚環氧乙烷、聚乙二醇及其衍生物及烷基羧酸及其衍生物或鹽或其混合物。較 佳聚乙二醇衍生物係聚(乙基二醇)乙酸。較佳烷基羧酸係彼等完全飽和者及彼等具有單一或多不飽和烷基鏈者或其混合物。具有飽和烷基鏈之較佳羧酸係彼等烷基鏈長度在約8至約20個碳原子範圍內者，較佳C9H19COOH(癸酸)、C11H23COOH(月桂酸)、C13H27COOH(肉豆蔻酸)、C15H31COOH(棕櫚酸)、C17H35COOH(硬脂酸)或其鹽或混合物。具有不飽和烷基鏈之較佳羧酸係C18H34O2(油酸)及C18H32O2(亞麻油酸)。本上下文中包含烷基羧酸之較佳組合係蓖麻油。較佳單體表面活性劑係苯并三唑及其衍生物。
表面活性劑可以至少約0.01wt%之量存於有機載體中。同時，基於有機載體之100%總重量，表面活性劑較佳不超過約10wt%、較佳不超過約5wt%且更佳不超過約3wt%。
有機載體亦可包含觸變劑。熟習此項技術者已知之任何觸變劑可與本發明之有機載體一起使用。舉例而言且不限於，觸變劑可源自天然來源(例如蓖麻油)或其可合成。較佳觸變劑係羧酸衍生物，較佳脂肪酸衍生物或其組合。亦可使用市售觸變劑，例如Thixotrol® MAX。根據較佳實施例，基於有機載體之100%總重量，有機載體包含至少約5wt%且較佳至少約8wt%觸變劑。同時，基於有機載體之100%總重量，有機載體較佳包括不超過約15wt%、較佳不超過約13wt%觸變劑。
有機載體亦可包含一或多種添加劑。有機載體中之較佳添加劑係不同於上述載體組份且促使導電性糊料之有利黏度及印刷性之彼等添加劑。較佳添加劑包括(但不限於)黏度調節劑、穩定劑、無機添加劑、增稠劑、乳化劑、分散劑或pH調節劑。較佳表面活性劑係具有飽和烷基鏈之羧酸，例如彼等烷基鏈長度在約8至約20個碳原子範圍內者，較佳C9H19COOH(癸酸)、C11H23COOH(月桂酸)、C13H27COOH(肉豆蔻酸)、C15H31COOH(棕櫚酸)、C17H35COOH (硬脂酸)或其鹽或混合物。具有不飽和烷基鏈之較佳羧酸係C18H34O2(油酸)及C18H32O2(亞麻油酸)。
導電性金屬粒子
本發明上下文中之導電性金屬粒子係彼等呈現最佳導電性且在燒製時有效燒結使得其產生具有高導電性之電極者。業內已知適用於形成太陽能電池電極之導電性金屬粒子較佳。較佳金屬粒子包括(但不限於)元素金屬、合金、金屬衍生物、至少兩種金屬之混合物、至少兩種合金之混合物或至少一種金屬與至少一種合金之混合物。
基於糊料之100%總重量，導電性糊料可包含至少35wt%、較佳至少50wt%、更佳至少70wt%且最佳至少80wt%金屬粒子。同時，基於糊料之100%總重量，導電性糊料較佳包括不超過約99wt%、較佳不超過約95wt%金屬粒子。金屬粒子含量低於35wt%之導電性糊料可不提供足夠導電性及黏著性，而金屬粒子含量高於95wt%之導電性糊料可具有對於適宜絲網印刷過高之黏度。
可用作金屬粒子之金屬包括銀、銅、金、鋁、鎳中之至少一者及其至少二者之任何混合物或合金。在較佳實施例中，金屬粒子係銀。銀可以元素銀、銀合金或銀衍生物形成存在。適宜銀衍生物包括(例如)銀合金及/或銀鹽(例如鹵化銀(例如，氯化銀)、氧化銀、硝酸銀、乙酸銀、三氟乙酸銀、正磷酸銀及其組合。在另一實施例中，金屬粒子可包含經一或多種不同金屬或合金塗覆之金屬或合金，例如經鋁塗覆之銀粒子或經銀塗覆之銅粒子。
金屬粒子可存在有機或無機表面塗層。業內已知且視為適於本發明上下文之任何該塗層可用於金屬粒子上。較佳有機塗層係促進分散至有機載體中之彼等塗層。較佳無機塗層係調節燒結且促進所得導電性糊料之黏著性能之彼等塗層。若存在該塗層，則基於金屬粒子之100%總重量，塗層較佳對應於不超過約5wt%、較佳不超過約2wt% 且最佳不超過約1wt%。
導電性粒子可呈現多種形狀、表面、大小及及表面積對體積比率。形狀之一些實例包括(但不限於)球形、有角、經拉伸(棒或針狀)及平面(薄片狀)。導電性金屬粒子亦可以具有不同形狀之粒子之組合形式存在。一種表徵該等形狀之方式係經由以下參數：長度、寬度及厚度。在本發明上下文中，粒子之長度係藉由最長空間位移矢量(其兩個端點包含於粒子內)之長度給出。粒子之寬度係藉由垂直於上文定義之其兩個端點包含於粒子內之長度矢量的最長空間位移矢量之長度給出。粒子之厚度係藉由垂直於長度矢量及寬度矢量二者(二者如上文所定義，其兩個端點包含於粒子內)之最長空間位移矢量之長度給出。
在一個實施例中，具有儘可能均勻之形狀之金屬粒子較佳(即與長度、寬度及厚度中之任兩者有關之比率儘可能接近1、較佳至少0.7、更佳至少0.8且最佳至少0.9且較佳不超過約1.5、較佳不超過約1.3且最佳不超過約1.2的形狀)。此實施例中金屬粒子之較佳形狀之實例係球形及立方體或其組合或其一或多種與其他形狀之組合。在另一實施例中，金屬粒子較佳，其具有低均勻性之形狀，較佳與長度、寬度及厚度之尺寸相關之比率中之至少一者高於約1.5、更佳高於約3且最佳高於約5。此實施例之較佳形狀係小片形狀、棒或針形狀或小片形狀、棒或針形狀與其他形狀之組合。
表徵粒徑分佈之另一參數係d50。d50係中值直徑或粒徑分佈之中值。其係在累積分佈中50%下之粒子直徑之值。粒徑分佈可經由雷射繞射、動態光散射、成像、電泳光散射或業內已知之任何其他方法量測。特定而言，本發明之粒徑係根據ISO 13317-3：2001測定。具有隨附軟體之Microtrac S3500儀器(由Montgomeryville,Pennsylvania之Microtrac公司製造，其係根據X射線重力技術操作)用於量測。稱重約 0.3克之試樣，放入100ml玻璃燒杯中並添加2.3克表面活性劑溶液(5% RV-260，於去離子水中)。隨後將燒杯用去離子水填充至20ml線並手動攪拌。將燒杯放置於350rpm下之攪拌器上約1分鐘。使用移液管，將試樣緩慢裝載至試樣遞送控制器中之循環流體中並開始量測。粒徑分佈係藉由軟體測定且以d50給出。
根據本發明較佳地，金屬粒子之中值粒子直徑d50為至少約0.1μm且較佳至少約0.5μm。同時，d50較佳不超過約5μm且更佳不超過約3.5μm。
表徵粒子之形狀及表面之另一方式係藉由其表面積對體積比率。表面積對體積比率或比表面積可藉由業內已知之BET(Brunauer-Emmett-Teller)方法量測。特定而言，BET量測係根據DIN ISO 9277：1995進行。Monosorb儀器(由Quantachrome Instruments製造)(其係根據SMART方法(Sorption Method with Adaptive dosing Rate)操作)用於量測。根據一個實施例，金屬粒子可具有至少約0.1m2/g、較佳至少約0.2m2/g之比表面積。同時，比表面積較佳不超過5m2/g且更佳不超過約2m2/g。
玻璃料
玻璃料用作黏著介質，其有利於導電性粒子與矽基板之間鍵結，且由此提供可靠電接觸。特定而言，玻璃料蝕刻穿過矽基板之表面層(例如，抗反射層)，使得導電性糊料與矽晶圓之間可有效電接觸。
根據一個實施例，基於糊料之100%總重量，導電性糊料包括至少約0.5wt%且較佳至少約1wt%玻璃料。同時，基於導電性糊料之100%總重量，糊料較佳包括不超過約15wt%、較佳不超過約10wt%且最佳不超過約6wt%玻璃料。
較佳玻璃料係呈現玻璃轉化之非晶形或部分結晶固體之粉末。 玻璃轉化溫度Tg係在加熱時非晶形物質自剛性固體轉換成部分移動過冷卻熔融的溫度。測定玻璃轉化溫度之方法已為業內所熟知。特定而言，玻璃轉化溫度Tg可使用DSC裝置SDT Q600(可自TA Instruments購得)測定，該裝置同時記錄差示掃描量熱法(DSC)及熱重分析(TGA)曲線。該儀器配備有臥式天平及具有鉑/鉑-銠(R型)熱電偶之爐。所用試樣固持器係容量為約40-90μl之氧化鋁陶瓷坩堝。對於量測及數據評價，分別應用量測軟體Q Advantage、Thermal Advantage Release 5.4.0及Universal Analysis 2000，版本4.5A Build 4.5.0.5。作為參照及試樣之盤，使用具有約85μl之體積之氧化鋁盤。以0.01mg之精確度向試樣盤中稱重約10-50mg之量之試樣。將空白參考盤及試樣盤放置於裝置中，關閉爐並開始量測。自25℃之起始溫度至1000℃之末端溫度採用10K/min之加熱速率。儀器中之天平始終經氮(N2 5.0)吹掃且爐經合成空氣(80% N2及20% O2，來自Linde)吹掃，流速為50ml/min。使用上述軟體將DSC信號中之第一步驟評價為玻璃轉化，且取所測定起始值為Tg之溫度。
較佳地，Tg低於導電性糊料之期望燒製溫度。根據本發明，較佳玻璃料之Tg為至少約200℃且較佳至少約250℃。同時，較佳玻璃料之Tg為不超過約700℃、較佳不超過約650℃且最佳不超過約500℃。
玻璃料亦可包括元素、氧化物、在加熱時生成氧化物之化合物及/或其混合物。根據一個實施例，玻璃料係基於鉛且可包括氧化鉛或其他基於鉛之化合物，包括但不限於以下物質之鹽：鉛鹵化物、鉛氧族化合物、碳酸鉛、硫酸鉛、磷酸鉛、硝酸鉛及有機金屬鉛化合物或在熱分解期間可形成鉛氧化物或鹽之化合物或其任何組合。在另一實施例中，玻璃料可不含鉛。術語「不含鉛」指示基於玻璃料之100%總重量，玻璃料具有小於0.5wt%鉛。不含鉛之玻璃料可包括熟習此項技術者已知之其他氧化物或化合物，包括但不限於矽、硼、 鋁、鉍、鋰、鈉、鎂、鋅、鈦、鋯氧化物或其化合物。
除上述組份外，玻璃料亦可包含用於改良所得導電性糊料之接觸性質之其他化合物。舉例而言，玻璃料亦可包含Li、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba、V、Zr、Mo、Mn、Zn、B、P、Sn、Ga、Ge、In、Al、Sb、Bi、Ce、Cu、Ni、Cr、Fe、Co或其任何組合之氧化物或其他化合物。該等氧化物及化合物之實例包括(但不限於)鍺氧化物、釩氧化物、鉬氧化物、鈮氧化物、鋰氧化物、錫氧化物、銦氧化物、稀土氧化物(例如La2O3或鈰氧化物)、磷氧化物、過渡金屬氧化物(例如銅氧化物及鉻氧化物)、金屬鹵化物(例如鉛氟化物及鋅氟化物)及其組合。基於玻璃料之100%總重量，該等氧化物及化合物較佳係以至少約0.1wt%且不超過約15wt%之量存在。
熟習此項技術者熟知，玻璃料粒子可呈現多種形狀、大小及表面積對體積比率。玻璃粒子可呈現相同或類似形狀(包括長度：寬度：厚度比率)，如可由如本文論述之導電性金屬粒子所呈現。具有有利於所產生電極之改良電接觸之形狀或形狀之組合之玻璃料粒子較佳。
較佳地，玻璃料粒子之中值粒子直徑d50為至少約0.1μm。同時，較佳地，玻璃料之d50不超過約10μm、更佳不超過約5μm且最佳不超過約3.5μm。在一個實施例中，玻璃料粒子之比表面積為至少約0.5m2/g、較佳至少約1m2/g且最佳至少約2m2/g。同時，較佳地，比表面積不超過約11m2/g、較佳不超過約10m2/g且最佳不超過約8m2/g。
根據另一實施例，玻璃料粒子可包括表面塗層。業內已知且視為適於本發明上下文之任何該塗層可用於玻璃料粒子上。本發明之較佳塗層包括促進玻璃於有機載體中分散及導電性糊料之改良接觸的彼等塗層。若存在該塗層，則較佳地，塗層對應於不超過約10wt%、較佳不超過約8wt%、最佳不超過約5wt%，在每一情形下皆係基於玻 璃料粒子之總重量。
添加劑
本發明上下文中之較佳添加劑係除明確提及之其他組份外亦添加至糊料中之組份，其促進糊料、其所產生電極或所得太陽能電池之增加電性能。除玻璃料及載體中存在之添加劑外，添加劑亦可存於導電性糊料中。較佳添加劑包括(但不限於)觸變劑、黏度調節劑、乳化劑、穩定劑或pH調節劑、無機添加劑、增稠劑及分散劑或其至少二者之組合。較佳無機有機金屬添加劑包括(但不限於)Mg、Ni、Te、W、Zn、Mg、Gd、Ce、Zr、Ti、Mn、Sn、Ru、Co、Fe、Rh、V、Y、Sb、P、Cu及Cr或其至少二者之組合(較佳為Zn、Sb、Mn、Ni、W、Te、Rh、V、Y、Sb、P及Ru或其至少二者之組合)、其氧化物、在燒製時可生成彼等金屬氧化物之化合物、或上述金屬之至少二者之混合物、上述氧化物之至少二者之混合物、上述金屬之至少二者之上述化合物之至少二者之混合物或上述任一者之二者或更多者之混合物。
根據一個實施例，糊料可包括至少約0.1wt%添加劑。同時，基於糊料之100%總重量，糊料較佳包括不超過約10wt%、較佳不超過約5wt%且最佳不超過約2wt%添加劑。
在一個實施例中，導電性糊料不含或實質上不含顏料(例如黑色顏料)。本文所用術語「實質上不含」意指基於糊料之100%總重量，糊料具有小於0.1wt%顏料。
形成導電性糊料組合物
為形成導電性糊料，使用業內已知用於製備糊料組合物之任何方法組合玻璃料材料與導電性金屬粒子及有機載體。製備方法並不重要，只要其產生均勻分散之糊料即可。可利用(例如)混合器混合各組份，隨後使其通過三輥磨機以(例如)製得分散均勻之糊料。除將所有 組份同時一起混合外，粗製玻璃料材料亦可與銀粒子在(例如)球磨機中共研磨2-24小時以獲得玻璃料與銀粒子之均勻混合物，隨後在混合器中將其與有機溶劑組合。
太陽能電池
本發明亦係關於一種太陽能電池。在一個實施例中，太陽能電池包含半導體基板(例如，矽晶圓)及本文所述實施例中之任一者之導電性糊料組合物。
在另一態樣中，本發明係關於藉由以下製程製得之太陽能電池：該製程包括向半導體基板(例如，矽晶圓)施加本文所述實施例中之任一者之導電性糊料組合物及燒製半導體基板。
矽晶圓
本發明之較佳晶圓具有能夠以高效率吸收光以產生電子-電洞對且以高效率橫跨邊界、較佳橫跨p-n接面邊界分離電洞及電子的區，尤其太陽能電池之其他區。本發明之較佳晶圓係彼等包含由前摻雜層及後摻雜層構成之單一體者。
較佳地，晶圓包含適當摻雜之四價元素、二元化合物、三元化合物或合金。本上下文中之較佳四價元素包括(但不限於)矽、鍺或錫，較佳為矽。較佳二元化合物包括(但不限於)兩種或更多種四價元素之組合、III族元素與V族元素之二元化合物、II族元素與VI族元素之二元化合物或IV族元素與VI族元素之二元化合物。四價元素之較佳組合包括(但不限於)兩種或更多種選自矽、鍺、錫或碳之元素之組合，較佳SiC。III族元素與V族元素之較佳二元化合物係GaAs。根據本發明之較佳實施例，晶圓係矽。明確提及矽之上述說明亦適於本文所述之其他晶圓組合物。
p-n接面邊界位於晶圓之前摻雜層與後摻雜層相遇之位置。在n型太陽能電池中，後摻雜層經供電子n型摻雜劑摻雜且前摻雜層經接受 電子或供電洞p型摻雜劑摻雜。在p型太陽能電池中，後摻雜層經p型摻雜劑摻雜且前摻雜層經n型摻雜劑摻雜。根據本發明之較佳實施例，具有p-n接面邊界之晶圓係藉由以下方式製得：首先提供經摻雜矽基板及隨後向該基板之一個面施加相反類型之摻雜層。
經摻雜矽基板可藉由業內已知且認為適於本發明之任何方法製得。本發明之矽基板之較佳來源包括(但不限於)單晶矽、多晶矽、非晶形矽及升級之冶金矽，最佳為單晶矽或多晶矽。摻雜以形成經摻雜之矽基板可藉由在矽基板之製備期間添加摻雜劑同時實施，或其可在後續步驟中實施。矽基板製備後之摻雜可藉由(例如)氣體擴散外延實施。經摻雜之矽基板亦可容易地購得。根據一個實施例，矽基板之初始摻雜可藉由向矽混合物中添加摻雜劑與其形成同時實施。根據另一實施例，前摻雜層及高度摻雜之背層(若存在)之施加可藉由氣相外延實施。此氣相外延較佳係於至少約500℃、較佳至少約600℃且最佳至少約650℃之溫度下實施。同時，該溫度較佳不超過約900℃、較佳不超過約800℃且最佳不超過約750℃。氣相外延較佳係於至少約2kPa、較佳至少約10kPa且最佳至少約40kPa之壓力下實施。同時，該壓力較佳不超過約100kPa、較佳不超過約80kPa且最佳不超過約70kPa。
業內已知，矽基板可呈現多種形狀、表面紋理及大小。基板之形狀可包括長方體、圓盤、晶圓及不規則多面體(僅列舉幾個)。根據本發明之較佳實施例，晶圓係具有兩個類似、較佳相等之維度及較其他兩個維度明顯更小之第三維度的長方體。第三維度可為前兩個維度小之至多1/100。此外，具有粗糙表面之矽基板較佳。一種評定基板之粗糙度之方式係評價基板之亞表面之表面粗糙度參數，該亞表面與基板之總表面積相比較小，較佳小於總表面積之約1/100且基本上平坦。表面粗糙度參數之值係藉由亞表面之面積對藉由將該亞表面投影 至平坦面形成之理論表面之面積的比率給出，該平坦面藉由使均方位移最小化最佳擬合至亞表面。表面粗糙度參數之值愈高，則指示表面愈粗糙、更不規則，且表面粗糙度參數之值愈低，則指示表面愈光滑、更平坦。根據本發明，矽基板之表面粗糙度較佳經修改以便在多種因素(包括但不限於光吸收及與表面之黏著)之間產生最佳平衡。
矽基板之兩個較大維度可經改變以適於所得太陽能電池所需之應用。根據本發明，較佳地，矽晶圓之厚度低於約0.5mm、更佳低於約0.3mm且最佳低於約0.2mm。一些晶圓具有0.01mm或更大之最小厚度。
較佳地，與後摻雜層相比，前摻雜層較薄。亦較佳地，前摻雜層之厚度為至少約0.1μm、且較佳不超過約10μm、較佳不超過約5μm且最佳不超過約2μm。
可向後摻雜層與任何其他層之間之矽基板之背面施加高度摻雜之層。該高度摻雜之層與後摻雜層具有相同摻雜類型且該層通常利用+表示(n+型層施加至n型後摻雜層且p+型層施加至p型後摻雜層)。此高度摻雜之背層用於幫助金屬化並改良導電性質。根據本發明較佳地，高度摻雜之背層(若存在)之厚度為至少1μm、且較佳不超過約100μm、較佳不超過約50μm且最佳不超過約15μm。
摻雜劑
較佳摻雜劑係彼等在添加至矽晶圓時藉由向帶結構中引入電子或電洞形成p-n接面邊界者。較佳地，該等摻雜劑之身份及濃度特定而言經選擇以便調諧p-n接面之帶結構曲線並設定所需光吸收及導電性特性。較佳p型摻雜劑包括(但不限於)彼等向矽晶圓帶結構添加電洞者。業內已知且視為適於本發明上下文之所有摻雜劑可用作p型摻雜劑。較佳p型摻雜劑包括(但不限於)三價元素，具體而言彼等週期表之13族者。本上下文中週期表之較佳13族元素包括(但不限於)硼、 鋁、鎵、銦、鉈或其至少二者之組合，其中硼尤佳。
較佳n型摻雜劑係彼等向矽晶圓帶結構添加電子者。較佳n型摻雜劑係週期表之15族元素。本上下文中週期表之較佳15族元素包括(但不限於)氮、磷、砷、銻、鉍或其至少二者之組合，其中磷尤佳。
如上文所述，p-n接面之各種摻雜程度可改變以便調諧所得太陽能電池之期望性質。使用二次離子質譜量測摻雜程度。
根據某些實施例，半導體基板(即，矽晶圓)呈現高於約60Ω/□(例如高於約65Ω/□、70Ω/□、90Ω/□或100Ω/□)之薄片電阻。對於量測經摻雜矽晶圓表面之薄片電阻，使用配備有軟體包裝「GP-4 Test 1.6.6 Pro」之器件「GP4-Test Pro」(自GP Solar GmbH購得)。對於量測，應用四點量測原則。兩個外部探針施加恆定電流且兩個內部探針量測電壓。使用歐姆定律推斷薄片電阻(Ω/□)。為測定平均薄片電阻，在晶圓之25個相等分佈之點上實施量測。在溫度為22±1℃之空氣控制室中，在量測之前平衡所有設備及材料。為實施量測，「GP-Test.Pro」配備有具有尖銳尖端之4點量測頭(零件號04.01.0018)以穿透抗反射及/或鈍化層。施加10mA電流。使量測頭與非金屬化晶圓材料接觸並開始量測。在量測晶圓上之25個相等分佈之點後，以Ω/□計算平均薄片電阻。
太陽能電池結構
對達成上述目標中之至少一者之貢獻係藉由自本發明之製程獲得之太陽能電池進行。本發明之較佳太陽能電池係彼等就轉化成電能輸出之入射光之總能量的比例而言具有高效率者及彼等輕且耐用者。在最低限度上，太陽能電池包括(i)前電極，(ii)前摻雜層，(iii)p-n接面邊界，(iv)後摻雜層及(v)焊接墊。太陽能電池亦可包括用於化學/機械保護之額外層。
抗反射層
根據本發明，在電極施加至太陽能電池之前面之前，抗反射層可施加作為外層。可採用業內已知且視為適於本發明上下文之所有抗反射層。較佳抗反射層係彼等減少由前面反射之入射光之比例且增加橫跨欲由晶圓吸收之前面之入射光之比例者。如下抗反射層較佳：產生有利之吸收/反射比率，易於由導電性糊料蝕刻，或者耐導電性糊料燒製所需之溫度，且不促使電極界面附近之電子及電洞之增加重組。較佳抗反射層包括(但不限於)SiNx、SiO2、Al2O3、TiO2或其至少二者之混合物及/或其至少兩個層之組合。根據較佳實施例，抗反射層係SiNx，具體而言其中採用矽晶圓。
抗反射層之厚度適於適當光之波長。根據本發明之較佳實施例，抗反射層之厚度為至少20nm、較佳至少40nm且最佳至少60nm。同時，厚度較佳不超過約300nm、更佳不超過約200nm且最佳不超過約90nm。
鈍化層
可向矽晶圓之前側及/或後側施加一或多個鈍化層作為外層。可在形成前電極之前或在施加抗反射層之前(若存在一者)施加鈍化層。較佳鈍化層係彼等降低電極界面附近之電子/電洞重組之比率者。可採用業內已知且視為適於本發明上下文之任何鈍化層。本發明之較佳鈍化層包括(但不限於)氮化矽、二氧化矽及二氧化鈦。根據更佳實施例，使用氮化矽。鈍化層較佳具有至少0.1nm、較佳至少10nm且最佳至少30nm之厚度。同時，厚度較佳不超過約2μm、較佳不超過約1μm且最佳不超過約200nm。
額外保護層
除上述層外，可添加其他層用於機械及化學保護。可囊封電池以提供化學保護。根據較佳實施例，若該囊封存在，則使用透明聚合物(通常稱作透明熱塑性樹脂)作為囊封材料。本上下文中之較佳透明 聚合物係矽橡膠及聚乙烯乙酸乙烯酯(PVA)。亦可向太陽能電池之前部添加透明玻璃薄片以為電池之前面提供機械保護。可向太陽能電池之背面添加背部保護材料以提供機械保護。較佳背部保護材料係彼等具有良好機械性質及耐候性者。本發明之較佳背部保護材料係聚氟乙烯之層之聚對苯二甲酸乙二酯。背部保護材料較佳存於囊封層下方(倘若背部保護層及囊封二者皆存在)。
可向太陽能電池之外部添加框架材料以產生機械支撐。框架材料已為業內熟知且可採用視為適於本發明上下文之任何框架材料。本發明之較佳框架材料係鋁。
製備太陽能電池之方法
太陽能電池可藉由在半導體基板(例如矽晶圓)之前側上向抗反射塗層施加本發明之導電性糊料(例如氮化矽、氧化矽、氧化鈦或氧化鋁)製得。隨後向太陽能電池之背側施加背側導電性糊料以形成焊接墊。隨後向基板之背側施加鋁糊料，從而使自背側導電性糊料形成之焊接墊之邊緣重疊，以形成BSF。
導電性糊料可以業內已知且視為適於本發明上下文之任何方式施加。實例包括(但不限於)浸漬、浸沒、傾倒、其上浸沒、注射、噴霧、刀塗、幕塗、刷塗或印刷或其至少二者之組合。較佳印刷技術係噴墨印刷、絲網印刷、移印、平版印刷、凸版印刷或模板印刷或其至少二者之組合。根據本發明，較佳地，藉由印刷(較佳藉由絲網印刷)施加導電性糊料。特定而言，絲網較佳具有直徑為約40μm或更小(例如，約35μm或更小、約30μm或更小)之網目開口。同時，絲網較佳具有直徑為至少10μm之網目開口。
隨後根據適當曲線燒製基板。需要燒製以燒結經印刷導電性糊料以便形成固體電極。燒製已為業內熟知且可以視為適於本發明上下文之任何方式實現。較佳地，燒製可在高於玻璃料材料之Tg下實施。
根據本發明，燒製之最大溫度設定係低於約900℃、較佳低於約860℃。已使用低至約800℃之燒製溫度以獲得太陽能電池。燒製溫度應容許達成金屬粒子之有效燒結。燒製溫度曲線通常經設定以便使導電性糊料組合物之有機材料燃盡。燒製步驟通常係在空氣中或在含氧氣氛中於帶式爐中實施。燒製較佳在快速燒製過程中以至少30秒且較佳至少40秒之總燒製時間實施。同時，燒製時間較佳不超過約3分鐘、更佳不超過約2分鐘且最佳不超過約1分鐘。高於600℃之時間最佳在約3至7秒之範圍內。基板可達成介於約700℃至900℃範圍內之峰溫度達約1至5秒之時段。燒製亦可以高輸送速率(例如，約100-700cm/min)執行，所得保持時間為約0.5至3分鐘。可使用多個溫度區(例如3至12個區)以控制期望熱曲線。
前面及背面上之導電性糊料之燒製可同時或依序實施。若施加至兩個面之導電性糊料具有類似(較佳相同)之最佳燒製條件，則同時燒製適當。若適當，則較佳同時實施燒製。若依序實施燒製，則較佳首先施加並燒製背部導電性糊料，之後向基板之前面施加導電性糊料並燒製。
導電性糊料之量測性質
使用自Halm Elektronik GmbH購得之IV-測試器「cetisPV-CTL1」表徵試樣太陽能電池。在電量測期間，欲測試之量測設備及太陽能電池之所有零件均維持於25℃下。此溫度應在實際量測期間在電池表面上由溫度探針同時量測。Xe弧光燈在電池表面上以1000W/m2之已知AM1.5強度刺激日光。為使刺激器達到此強度，在短時間段內使燈閃光若干次直至藉由IV-測試器之「PVCTControl 4.313.0」軟體監測達到穩定值為止。Halm IV測試器使用多點接觸方法以量測電流(I)及電壓(V)以測定太陽能電池之IV-曲線。為此，以探針指接觸太陽能電池之匯流排(即，印刷線)之方式將太陽能電池放置於多點接觸探針之 間。將接觸探針線之數目調節為電池表面上匯流排之數目。所有電值皆係藉由執行之軟體包裝直接自此曲線自動測定。作為參考標準，測試來自ISE Freiburg且由相同面積維度、相同晶圓材料組成且使用相同前側外層處理之經校正之太陽能電池且將數據與標稱值進行比較。量測以極為相同方式處理之至少5個晶圓並藉由計算每一值之平均值來解釋該數據。軟體PVCTControl 4.313.0提供效率、填充因子、短路電流、串聯電阻及開路電壓之值。
為量測導電性糊料之黏度，使用配備有CP-44Y試樣杯及51號圓錐之Brookfield HBDV-III數位流變儀。使用TC-502循環溫浴將試樣之溫度維持於25℃下。量測間隙設定為0.026mm，其中試樣體積為約0.5ml。將試樣平衡2分鐘，且隨後施加1.0rpm之恆定旋轉速度1分鐘。此間隔後試樣之黏度以kcp之單位報告。
太陽能電池模組
本發明之多個太陽能電池可經空間佈置且電連接以形成稱作模組之集合佈置。本發明之較佳模組可具有多種佈置，較佳稱作太陽電池板之矩形佈置。電連接太陽能電池之多種方式以及機械佈置並固定該等電池以形成集合佈置之多種方式已為業內所熟知。本發明之較佳方法係彼等產生低質量對功率輸出比率、低體積對功率輸出比率及高耐久性者。鋁係機械固定本發明之太陽能電池之較佳材料。
在一個實施例中，多個太陽能電池串聯及/或並聯連接且第一電池及最後電池之電極之末端較佳連接至輸出線。太陽能電池通常囊封於透明熱塑膠樹脂(例如矽橡膠或乙烯乙酸乙烯酯)中。將透明玻璃薄片放置於囊封透明熱塑膠樹脂之前表面上。將背部保護材料(例如，經聚氟乙烯膜塗佈之聚對苯二甲酸乙二酯薄片)放置在囊封熱塑膠樹脂下方。可在適當真空爐中加熱該等層化材料以移除空氣，且隨後藉由加熱及壓製整合成一體。此外，由於太陽能電池通常於開放空氣中 放置長時間，故期望用由鋁或諸如此類組成之框架材料覆蓋太陽能電池之周邊。
現將結合以下非限制性實例來闡述本發明。
實例
藉由組合約33wt%泰克諾、約33wt%二乙二醇單丁基醚溶劑、約16.5wt%二乙二醇單丁基醚乙酸酯溶劑、約0.5wt%表面活性劑、約12wt%觸變劑及約5wt%丙烯酸系樹脂(由Lucite International公司製造之Elvacite® 2045)製備例示性有機載體。所有重量百分比皆係基於有機載體之100%總重量。在攪拌的同時將混合物加熱至65℃之溫度且隨後於此溫度下維持總共30分鐘。隨後將載體冷卻並使用三輥磨機研磨直至其達成均勻一致性為止。
隨後藉由混合約9wt%上述有機載體、約87.5wt%銀粒子、約3.5wt%玻璃料及約0.2wt%額外表面活性劑製備例示性導電性糊料。隨後使用三輥磨機研磨混合物直至其成為分散均勻糊料為止。
隨後根據本文所述參數量測例示性糊料以及對照糊料(無丙烯酸系樹脂)之黏度及固體載量。固體載量係基於糊料之100%總重量之糊料組合物中之固體(即，玻璃及導電性粒子)之量。量測闡述於下表1中。
隨後使用絲網325(網目)* 0.9(密爾，線直徑)* 0.6(密爾，乳液厚度)* 40μm(指線開口)(Calendar絲網)以150mm/s之速度將例示性糊料及對照糊料絲網印刷至矽晶圓上。亦量測沈積於矽晶圓上(在乾燥及燒製之前)之糊料之量並將其闡述為表1中。隨後將經印刷之晶圓於150℃下乾燥並在線性多區紅外爐中以峰溫度為約800℃之曲線燒製幾秒。
隨後對印刷指線拍照並量測用於分析。如下表2中所述，沿每一指線之長度量測其高度及寬度，且計算每一量測之平均值、中值、最小值及最大值。使用由Zeta Instruments of San Jose,California製造之Zeta-200光學輪廓儀量測該等線。亦藉由用平均高度除以平均寬度計算縱橫比。
例示性糊料呈現較高縱橫比，如藉由較高平均高度及較低平均寬度證明。
隨後使用I-V測試器根據本文所述參數測試所得太陽能電池。對照糊料及例示性糊料二者之包括Eta(效率)、短路電流密度(Isc)、開路電壓(Voc)、填充因子(FF)、三個標準照明強度下之串聯電阻(Rs3)及分路電阻(Rsh)的電性能特性提供於下表3中。將對照糊料及例示性糊料之所有數據正規化至1。藉由用相關例示性量測除以正規化對照電池量測計算實驗糊料之正規化數據。
利用例示性糊料印刷之指線證實較利用對照糊料印刷之線具有改良之電性能。與對照糊料相比，例示性糊料呈現增加之效率、短路電流密度及開路電壓。據信例示性線之較大平均高度及減少之平均寬度(較高縱橫比)促使其改良之電性能。
彼等熟習此項技術者自上述說明書將明瞭本發明之該等及其他優勢。因此，彼等熟習此項技術者應認識到，可對上述實施例作出改變或修飾，此並不背離本發明之寬泛之發明概念。任何特定實施例之具體維度僅用於闡釋目的進行闡述。因此，應瞭解，本發明並不限於本文所述之特定實施例，而是意欲包括在本發明之範疇及精神內之所有變化及修飾。

Claims (20)

  1. 一種用於製造太陽能電池之導電性糊料組合物，其包含：(a)導電性金屬粒子；(b)玻璃料；及(c)有機載體，該有機載體包含(i)有機溶劑，及(ii)無活性氫官能基之丙烯酸系樹脂。
  2. 如請求項1之導電性糊料組合物，其中基於該糊料之100%總重量，該等導電性金屬粒子係至少35wt%、較佳至少50wt%、更佳至少70wt%且最佳至少80wt%且不超過約99wt%、較佳不超過約95wt%。
  3. 如請求項1或2之導電性糊料組合物，其中該等導電性金屬粒子係銀、金、銅、鋁、鎳及其混合物或合金中之至少一者，較佳為銀。
  4. 如前述請求項中任一項之導電性糊料組合物，其中基於該糊料之100%總重量，該玻璃料係至少約0.5wt%、較佳至少約1wt%且不超過約15wt%、較佳不超過約10wt%且最佳不超過約6wt%。
  5. 如前述請求項中任一項之導電性糊料組合物，其中基於該糊料之100%總重量，該有機載體係至少約1wt%、更佳至少約5wt%且不超過約20wt%、較佳不超過約15wt%。
  6. 如前述請求項中任一項之導電性糊料組合物，其中基於該有機載體之100%總重量，該有機載體包括至少約1wt%、較佳至少約2wt%且最佳至少約4wt%丙烯酸系樹脂且不超過約15wt%、較佳不超過約12wt%且最佳不超過約10wt%丙烯酸系樹脂。
  7. 如前述請求項中任一項之導電性糊料組合物，其中該丙烯酸系樹脂係甲基丙烯酸異丁酯樹脂。
  8. 如前述請求項中任一項之導電性糊料組合物，其中該丙烯酸系樹脂具有至少約50KD且較佳至少約100KD且不超過約350KD、較佳不超過約300KD且最佳不超過約250KD之分子量。
  9. 如前述請求項中任一項之導電性糊料組合物，其中該有機載體進一步包含觸變劑。
  10. 如請求項9之導電性糊料組合物，其中基於該有機載體之100%總重量，該有機載體包含至少約5wt%且較佳至少約8wt%且不超過約15wt%且較佳不超過約13wt%觸變劑。
  11. 如前述請求項中任一項之導電性糊料組合物，其中基於該有機載體之100%總重量，該有機載體進一步包含至少約0.01wt%表面活性劑且不超過約10wt%、較佳不超過約5wt%且最佳不超過約3wt%表面活性劑。
  12. 如前述請求項中任一項之導電性糊料組合物，其中基於該糊料之100%總重量，該有機載體包含至少約60wt%、較佳至少約70wt%且最佳至少約80wt%有機溶劑且不超過約90wt%溶劑。
  13. 如前述請求項中任一項之導電性糊料組合物，其中該有機溶劑包含泰克諾(texanol)、二乙二醇單丁基醚、二乙二醇單丁基醚乙酸酯或其任何組合。
  14. 如前述請求項中任一項之導電性糊料組合物，其中該有機載體不包括胺基甲酸酯丙烯酸酯樹脂。
  15. 如前述請求項中任一項之導電性糊料組合物，其中該糊料組合物具有至少約50Kcp且至多約300Kcp之黏度。
  16. 如前述請求項中任一項之導電性糊料組合物，其中該糊料組合物不含或實質上不含顏料。
  17. 如前述請求項中任一項之導電性糊料組合物，其中該糊料組合物能夠經由具有約40μm或更小之直徑之絲網開口絲網印刷。
  18. 一種太陽能電池，其係藉由向矽晶圓施加如請求項1至17之導電性糊料及燒製該矽晶圓產生。
  19. 一種產生太陽能電池之方法，其包含以下步驟：提供具有前側及背側之矽晶圓；向該矽晶圓施加如請求項1至17中任一項之導電性糊料；及燒製該矽晶圓。
  20. 如請求項19之產生太陽能電池之方法，其中向該矽晶圓之該前側施加該導電性糊料。
TW103141490A 2013-12-11 2014-11-28 用於導電性糊料之含有丙烯酸系樹脂之有機載體 TW201529655A (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201361914596P 2013-12-11 2013-12-11

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW201529655A true TW201529655A (zh) 2015-08-01

Family

ID=52278799

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW103141490A TW201529655A (zh) 2013-12-11 2014-11-28 用於導電性糊料之含有丙烯酸系樹脂之有機載體

Country Status (2)

Country Link
TW (1) TW201529655A (zh)
WO (1) WO2015089188A1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109903885A (zh) * 2018-12-29 2019-06-18 无锡帝科电子材料股份有限公司 导电浆料及其应用、太阳能电池电极和太阳能电池
TWI786109B (zh) * 2017-04-28 2022-12-11 日商住友金屬鑛山股份有限公司 導電性組成物、導體之製造方法及電子零件之配線之形成方法

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7267687B2 (ja) * 2018-05-31 2023-05-02 東洋アルミニウム株式会社 導電性ペースト及び太陽電池
CN111564508B (zh) * 2020-05-20 2021-12-28 浙江晶科能源有限公司 一种浆料及抗湿热衰减的光伏电池

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DK54988A (da) * 1987-11-25 1989-05-26 Du Pont Materiale til binding af integrerede kredsloeb til uorganiske, dielektriske underlag
US5232962A (en) * 1991-10-09 1993-08-03 Quantum Materials, Inc. Adhesive bonding composition with bond line limiting spacer system
US6168490B1 (en) * 1997-12-19 2001-01-02 Sarnoff Corporation Back panel for a plasma display device
WO2011001908A1 (ja) * 2009-07-01 2011-01-06 積水化学工業株式会社 導電性ペースト用バインダー樹脂、導電性ペースト及び太陽電池素子
WO2011013927A2 (ko) * 2009-07-28 2011-02-03 주식회사 동진쎄미켐 저온소성용 열경화성 전극 페이스트
JP2013093468A (ja) * 2011-10-26 2013-05-16 Sekisui Chem Co Ltd 導電性微粒子分散ペースト、太陽電池セル及び太陽電池パネル
ZA201208283B (en) * 2011-11-04 2013-07-31 Heraeus Precious Metals North America Conshohocken Llc Organic vehicle for electroconductive paste
US20130248777A1 (en) * 2012-03-26 2013-09-26 Heraeus Precious Metals North America Conshohocken Llc Low silver content paste composition and method of making a conductive film therefrom

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI786109B (zh) * 2017-04-28 2022-12-11 日商住友金屬鑛山股份有限公司 導電性組成物、導體之製造方法及電子零件之配線之形成方法
CN109903885A (zh) * 2018-12-29 2019-06-18 无锡帝科电子材料股份有限公司 导电浆料及其应用、太阳能电池电极和太阳能电池

Also Published As

Publication number Publication date
WO2015089188A1 (en) 2015-06-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101786169B1 (ko) 낮은 은 함량 도전성 페이스트
JP2015528178A (ja) 接着促進剤を有する導電性ペースト
TWI577742B (zh) 用於導電性漿料之有機載體
US20150340115A1 (en) Coated conductive metallic particles
TW201537588A (zh) 用於導電膠組合物之含鉬玻璃料
TWI643350B (zh) 含鹵化物糊、太陽能電池前驅體、用於製備太陽能電池之方法、太陽能電池、包含至少兩種太陽能電池之模組及微粒矽酸鉛玻璃之用途
WO2015039023A1 (en) Electroconductive paste with adhesion promoting glass
US10217876B2 (en) Poly-siloxane containing organic vehicle for electroconductive pastes
JP2015187063A (ja) 導電性ペースト組成物のための鉛−ビスマス−テルル無機反応系
TW201631604A (zh) 用於導電膠組合物之玻璃組合物
TW201529655A (zh) 用於導電性糊料之含有丙烯酸系樹脂之有機載體
US20170092788A1 (en) Poly-siloxane containing organic vehicle for electroconductive pastes
US20150243811A1 (en) Silver-lead-silicate glass for electroconductive paste composition
TWI589540B (zh) 用於導電膠組合物之含鎢玻璃料
TWI636030B (zh) 鉛－碲無機反應系統
TWI640490B (zh) 用於鈍化射極背面電池(perc)之太陽能電池之導電膠的含聚矽氧烷有機載體
EP2896602B1 (en) Low-silver electroconductive paste
TWI662560B (zh) 用於導電膠組合物之低蝕刻及非接觸式玻璃
US20190280134A1 (en) Confined contact area on a silicon wafer
TW201606796A (zh) 用於高溫應用的具有特徵化重量損失之導電膏
TW201938503A (zh) 用於矽晶圓上改良接觸之晶種層