用于太陽能電池電極的組合物和使用其制備的電極的制作方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請的引用
[0002] 本申請要求于2013年12月20日在韓國知識產(chǎn)權(quán)局提交的韓國專利申請?zhí)?10-2013-0160767的權(quán)益，其全部公開內(nèi)容結(jié)合在此以供參考。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明涉及用于太陽能電池電極的組合物和使用該組合物制備的電極。
【背景技術(shù)】
[0004] 太陽能電池采用將太陽光的光子轉(zhuǎn)換為電的p-n結(jié)的光伏效應(yīng)發(fā)電。在太陽能電 池中，前電極和背電極分別在具有P_n結(jié)的半導(dǎo)體晶片或基片的上表面和下表面上形成。 然后，在P-n結(jié)處的光伏效應(yīng)由進入半導(dǎo)體晶片的太陽光誘發(fā)且由P-n結(jié)處光伏效應(yīng)產(chǎn)生 的電子通過電極向外部提供電流。太陽能電池的電極通過涂布、圖案化和焙燒電極組合物 而形成在晶片上。
[0005] 為提高太陽能電池效率不斷地降低發(fā)射極厚度可引起分流，這可能劣化太陽能電 池性能。此外，為了實現(xiàn)更高效率，太陽能電池已經(jīng)逐漸增加面積。然而，在這樣的情況下， 會有由于太陽能電池接觸電阻的增加而導(dǎo)致的效率劣化問題。
[0006] 因此，需要可增強電極和硅晶片之間的接觸效率以最小化接觸電阻（Rc)和串聯(lián) 電阻（Rs)的用于太陽能電池電極的組合物，從而提供優(yōu)異的轉(zhuǎn)換效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，用于太陽能電池的組合物可包括銀（Ag)粉；包含元素銀 (Ag)和鉛（Pb)與鉍（Bi)中的至少一種的玻璃料；和有機載體，其中玻璃料的Ag與Pb的 摩爾比范圍為1 :〇. 1至1 :50,或者Ag與Bi的摩爾比范圍為1 :0. 1至1 :20。
[0008] 玻璃料可進一步包括選自下列元素的至少一種：碲（Te)、磷（P)、鍺（Ge)、鎵（Ga)、 鈰（Ce)、鐵（Fe)、鋰（Li)、硅（Si)、鋅（Zn)、鎢（W)、鎂（Mg)、銫（Cs)、鍶（Sr)、鑰（Mo)、鈦 (Ti)、錫（Sn)、銦（In)、釩（V)、釕（Ru)、鋇（Ba)、鎳（Ni)、銅（Cu)、鈉（Na)、鉀（K)、砷（As)、 鈷（Co)、鋯（Zr)、錳（Mn)、釹（Nd)、鉻（Cr)、和鋁（A1)。
[0009] 元素銀可來源于選自以下的至少一種銀化合物：氰化銀、硝酸銀、鹵化銀、碳酸銀、 和乙酸銀。
[0010] 玻璃料可由銀化合物和選自鉛（Pb)氧化物與鉍（Bi)氧化物的至少一種金屬氧化 物形成。
[0011] 金屬氧化物可進一步包括選自下列的至少一種金屬氧化物：碲（Te)、磷（P)、鍺 (Ge)、鎵（Ga)、鈰（Ce)、鐵（Fe)、鋰（Li)、硅（Si)、鋅（Zn)、鎢（W)、鎂（Mg)、銫（Cs)、鍶（Sr)、 鑰（Mo)、鈦（Ti)、錫（Sn)、銦（In)、釩（V)、釕（Ru)、鋇（Ba)、鎳（Ni)、銅（Cu)、鈉（Na)、鉀 〇()、砷仏8)、鈷（(：〇)、鋯（21〇、錳（111)、釹（制)、鉻（0)、和鋁仏1)氧化物。
[0012] 組合物可包括60重量％ (wt% )至95wt%的銀粉；0? lwt%至20wt%的玻璃料； 和lwt%至30wt%的有機載體。
[0013] 基于玻璃料的總摩爾數(shù)，玻璃料可包含0. 1摩爾％至50摩爾％的元素銀（Ag)。
[0014] 玻璃料的平均粒徑（D50)可為0? 1 ii m至10 iim。
[0015]該組合物可進一步包括選自以下的至少一種添加劑：分散劑、觸變劑、增塑劑、粘 度穩(wěn)定劑、防泡劑、色素、紫外穩(wěn)定劑、抗氧化劑、和偶聯(lián)劑。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了由用于太陽能電池電極的組合物形成的太陽能 電池電極。
【附圖說明】
[0017] 圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的太陽能電池的示意圖。
【具體實施方式】
[0018] 用于太陽能電池電極的纟目合物
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的用于太陽能電池電極的組合物包含銀（Ag)粉；包含元素銀（Ag)和 鉛（Pb)與鉍（Bi)中的至少一種的玻璃料；和有機載體，其中玻璃料的Ag與Pb的摩爾比范 圍為1 :0. 1至1 :50,或Ag與Bi的摩爾比范圍為1 :0. 1至1 :20。
[0020] 下面更詳細(xì)地說明根據(jù)本發(fā)明的用于太陽能電池電極的組合物的每種組分。
[0021] ⑷銀粉
[0022] 根據(jù)本發(fā)明用于太陽能電池電極的組合物包含用作導(dǎo)電粉末的銀（Ag)粉。銀粉 的粒徑可為納米或微米尺度。例如，銀粉的粒徑可為幾十納米到幾百納米，或幾微米到幾十 微米。可替代地，銀粉可為兩種或更多類型不同粒徑的銀粉的混合物。
[0023] 銀粉可為球形、薄片或無定型形狀。
[0024] 銀粉的平均粒徑（D50)優(yōu)選為0. 1 ii m至10 iim，更優(yōu)選0. 5 ii m至5 ii m。例如，在 25°C下通過超聲法將導(dǎo)電粉分散在異丙醇（IPA)中3分鐘后，可采用型號1064LD(CILAS有 限公司）來測量平均粒徑。在這樣的平均粒度范圍內(nèi)，該組合物可提供低接觸電阻和低線 電阻。
[0025] 基于組合物的總重量，銀粉存在的量可為60wt%至95wt%。在該范圍內(nèi)，可防止 由于電阻增加導(dǎo)致的導(dǎo)電粉末的轉(zhuǎn)換效率的劣化，并可防止由于有機載體的量相對降低導(dǎo) 致的形成漿料的困難。有利地，導(dǎo)電粉末存在的量可為70wt%至90wt%。
[0026] ⑶玻璃料
[0027] 玻璃料用來增強導(dǎo)電粉末和晶片或基片間的粘附力，并用來通過刻蝕抗反射層和 熔融銀粉在發(fā)射極區(qū)內(nèi)形成銀晶粒，以便在用于電極的組合物的焙燒過程中降低接觸電 阻。而且，在焙燒過程中，玻璃料軟化且降低了焙燒溫度。
[0028] 當(dāng)為提高太陽能電池效率而增大太陽能電池面積時，可能有太陽能電池接觸電阻 增加的問題。因此，需要最小化串聯(lián)電阻（Rs)和對p_n結(jié)的影響。此外，由于越來越多地 使用各種各樣具有不同薄層電阻的晶片，焙燒溫度在較寬范圍內(nèi)變化，所以希望玻璃料具 備足夠的熱穩(wěn)定性以承受住焙燒溫度的較寬范圍。
[0029] 玻璃料可由銀（Ag)化合物和金屬氧化物形成。具體地，玻璃料可通過混合、熔融 和粉碎分解溫度為l〇〇〇°C或更低（在此分解溫度下銀化合物分解為Ag離子）的銀化合物 和金屬氧化物來制備。上述的金屬氧化物包括至少一種金屬氧化物。
[0030]銀化合物為離子化合物且可包括氰化銀（AgCN)、硝酸銀（AgN03)、鹵化銀（Ag-x)、 碳酸銀（Ag2C03)、醋酸銀和它們的混合物。在鹵化銀中，X可為碘、氟、氯、或溴，且優(yōu)選碘。
[0031] 在一個實施例中，金屬氧化物可包括鉛（Pb)氧化物和鉍（Bi)氧化物中的至少一 種。
[0032] 在另一個實施中，金屬氧化物可進一步包括選自下列氧化物的至少一種金屬氧化 物：碲（Te)、磷（P)、鍺（Ge)、鎵（Ga)、鈰（Ce)、鐵（Fe)、鋰（Li)、硅（Si)、鋅（Zn)、鎢（W)、鎂 (Mg)、銫（Cs)、鍶（Sr)、鑰（Mo)、鈦（Ti)、錫（Sn)、銦（In)、釩（V)、釕（Ru)、鋇（Ba)、鎳（Ni)、 銅（Cu)、鈉（Na)、鉀（K)、砷（As)、鈷（Co)、鋯（Zr)、錳（Mn)、釹（Nd)、鉻（Cr)、和鋁（A1)氧 化物。
[0033] 由根據(jù)本發(fā)明的銀化合物和金屬氧化物形成的玻璃料可包括銀（Ag)和鉛（Pb)， 且在玻璃料中Ag與Pb的摩爾比范圍為1 :0. 1至1 :50。在該范圍內(nèi)，可以確保低串聯(lián)電阻 和接觸電阻。如在此使用的術(shù)語摩爾比是指每種金屬的元素摩爾比。
[0034] 在另一個實例中，玻璃料可包括銀（Ag)和鉍（Bi)。通過印刷和焙燒包括玻璃料的 用于太陽能電池電極的組合物而制備的電極，在玻璃料中Ag與Bi的摩爾比范圍為1 :0. 1 至1 :20。在該范圍內(nèi)，可以確保低串聯(lián)電阻和接觸電阻。
[0035] 在更進一步的實例的中，玻璃料可包括銀（Ag)和碲（Te)。通過印刷和焙燒包括玻 璃料的用于太陽能電池電極的組合物而制備的電極，在玻璃料中Ag與Te的摩爾比范圍為 1 :0. 1至1 :25。在該范圍內(nèi)，可以確保低串聯(lián)電阻和接觸電阻。
[0036] 在另一個實例中，玻璃料可進一步包括選自下列元素的至少一種元素：磷（P)、鍺 (Ge)、鎵（Ga)、鈰（Ce)、鐵（Fe)、鋰（Li)、硅（Si)、鋅（Zn)、鎢（W)、鎂（Mg)、銫（Cs)、鍶（Sr)、 鑰（Mo)、鈦（Ti)、錫（Sn)、銦（In)、釩（V)、鋇（Ba)、鎳（Ni)、銅（Cu)、鈉（Na)、鉀（K)、砷 (As)、鈷（Co)、鋯（Zr)、錳（Mn)、和鋁（A1)。
[0037] 基于玻璃料的總摩爾數(shù)，玻璃料可包含0. 1摩爾％至50摩爾％的元素銀，優(yōu)選0. 5 摩爾％至40摩爾％的銀元素。
[0038] 玻璃料中以元素形式包含的每種金屬的含量可通過電感耦合等離子體發(fā)射光譜 法（ICP-0ES)測量。ICP-0ES需非常小的樣品量，這樣在提供優(yōu)異的分析靈敏度的同時，可 縮短樣品準(zhǔn)備時間和減小由預(yù)處理樣品引起的誤差。
[0039] 特別地，ICP-0ES可包括預(yù)處理樣品、配制標(biāo)準(zhǔn)溶液和通過測量和轉(zhuǎn)換目標(biāo)元素的 濃度來計算玻璃料中每種元素的含量，從而能夠精確測量玻璃料中每種元素的含量。
[0040] 在預(yù)處理樣品的操作中，預(yù)定量的樣品可溶解在能夠溶解玻璃料樣品的酸溶液 中，然后加熱碳化。酸溶液可包括，例如，硫酸（H 2so4)溶液。
[0041] 碳化的樣品可用溶劑（例如蒸餾水或過氧化氫（H202))稀釋到可以分析待分析的 元素的合適程度。鑒于ICP-0ES檢測器的元素檢測能力，碳化的樣品可稀釋10, 000倍。
[0042] 在用ICP-0ES檢測器進行測量時，預(yù)處理的樣品可采用標(biāo)準(zhǔn)溶液校準(zhǔn)，例如，用于 測量元素的有待分析的元素的溶液。
[0043] 在實例中，可通過向ICP-0ES檢測器中引入標(biāo)準(zhǔn)溶液且采用外標(biāo)法繪制校正曲 線，隨后采用ICP-0ES檢測器測量和轉(zhuǎn)換預(yù)處理樣品中有待分析的元素的濃度（ppm)，來計 算玻璃料中每種元素的摩爾比。
[0044] 如上文所述，玻璃料可通過本領(lǐng)域熟知的任何典型方法，由銀化合物和金屬氧化 物制備。例如，銀化合物和金屬氧化物可按照預(yù)定的比例混合?；旌峡刹捎们蚰C或行星 式磨機來進行。混合物在800°C至13