用于太陽能電池電極的組合物以及使用其制備的電極的制作方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)案的交叉參考
[0002] 本發(fā)明要求2014年11月19日在韓國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)局提交的韓國(guó)專利申請(qǐng)案第 10-2014-0161957號(hào)的權(quán)益，所述申請(qǐng)案的全部公開內(nèi)容以引用的方式并入本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明涉及一種用于太陽能電池電極的組合物以及使用其制備的電極。
【背景技術(shù)】
[0004] 太陽能電池使用將日光的光子轉(zhuǎn)化成電的p-n結(jié)（p-n junction)的光生伏打效 應(yīng)（photovoltaic effect)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(dǎo)體晶片或襯底的上表面和下表面上。隨后，通過進(jìn)入半導(dǎo)體晶片的日光誘發(fā) p-n結(jié)處的光生伏打效應(yīng)并且通過p-n結(jié)處的光生伏打效應(yīng)產(chǎn)生的電子將電流經(jīng)由電極提 供到外部。通過涂覆、圖案化以及烘烤用于電極的組合物在晶片上形成太陽能電池的電極。
[0005] 為了提高太陽能電池電極的轉(zhuǎn)化效率，相關(guān)技術(shù)中已知經(jīng)制備以通過增強(qiáng)關(guān)于 晶片的接觸效率來提供最小化接觸電阻（contact resistance，Re)和串聯(lián)電阻（serial resistance，!^)的用于太陽能電池電極的組合物，或經(jīng)制備以通過經(jīng)由使用有機(jī)物質(zhì)調(diào)節(jié) 絲網(wǎng)掩模圖案（screen mask pattern)的線寬形成細(xì)線（fine line)來增加短路電流（short circuit current，Isc)的用于太陽能電池電極的組合物。然而，使用絲網(wǎng)掩模減小電極線 寬的方法可引起串聯(lián)電阻（Rs)增加以及精細(xì)圖案的連續(xù)可印刷性降低。
[0006] 用于太陽能電池電極的組合物采用有機(jī)載體（organic vehicle)以便為印刷賦 予適合的粘度和流變特性，且有機(jī)載體可通常包含有機(jī)粘合劑（organic binder)、溶劑或 其類似物。有機(jī)粘合劑可選自纖維素樹脂（cellulose resin)或丙稀酸酯樹脂（acrylate resin)。乙基纖維素 （ethyl cellulose)通常被用作有機(jī)粘合劑。然而，所述有機(jī)粘合劑 的問題在于必須考慮到有機(jī)粘合劑在溶劑中的溶解度。
[0007] 為了增加分散性和儲(chǔ)存穩(wěn)定性，有機(jī)粘合劑的含量可增加，或可使用高分子量有 機(jī)粘合劑。
[0008] 然而，當(dāng)有機(jī)粘合劑的含量增加時(shí)，所得電極可具有高電阻。另外，當(dāng)使用高分子 量有機(jī)粘合劑時(shí)，用于電極的組合物的粘度甚至在高剪切速率（shear rate)下也變得較 高，由此引起拖尾（tailing)和印刷疵點(diǎn)（printing defect)。
[0009] 盡管組合物可包含添加劑以便增加分散性和儲(chǔ)存穩(wěn)定性，但如聚乙烯吡咯 燒酮（polyvinyl pyrrolidone)的分散劑在有機(jī)溶劑中的溶解度較差，且如增塑劑 (plasticizer)的低分子量添加劑可在長(zhǎng)期儲(chǔ)存中遇到相分離的問題，由此對(duì)糊料 (paste)的儲(chǔ)存穩(wěn)定性提供不利影響。
[0010] 因此，需要一種可提高分散性和儲(chǔ)存穩(wěn)定性而無需單獨(dú)添加劑同時(shí)保證在溶劑中 的溶解度的有機(jī)粘合劑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，用于太陽能電池電極的組合物包含銀（Ag)粉末（silver powder)、玻璃料（glass frit)、有機(jī)粘合劑（organic binder)以及溶劑（solvent)，其中 所述有機(jī)粘合劑包含含有由式1表示的重復(fù)單元的化合物：
[0012] [式 1]
[0013]
[0014] 其中1?1是恥+、1(+、順 4+或？!13+;1?2是氫原子或(： 1到（：2烷基（&11^18仰即）；以及11 是1到3, 500的整數(shù)。
[0015] 有機(jī)粘合劑可包含含有由式2表示的重復(fù)單元的化合物：
[0016] [式 2]
[0017]
[0018] 其中1^是Na+、K+、NH4 +或PH3+;R2是氫原子、C丨到C6烷基、輕丙基（hydroxypropyl group)或輕乙基（hydroxyethyl group) ;R3以及1?4各自獨(dú)立地是氫原子或C丨到C2烷基； 以及Hi 1以及m2各自獨(dú)立地是1到3, 000的整數(shù)。
[0019] 所述組合物可包含60重量％ (wt% )到95重量％銀（Ag)粉末；0· 5重量％到20 重量％玻璃料；1重量％到30重量％有機(jī)粘合劑；以及1重量％到30重量％溶劑。
[0020] 玻璃料可包含選自以下各個(gè)之中的至少一個(gè)：鉛（Pb)、碲（Te)、鉍（Bi)、鋰（Li)、 磷（P)、鍺（Ge)、鎵（Ga)、鈰（Ce)、鐵（Fe)、硅（Si)、鋅（Zn)、鎢（W)、鎂（Mg)、銫（Cs)、鍶 (Sr)、鉬（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（Al)。
[0021] 溶劑可包含選自以下各個(gè)之中的至少一個(gè)：甲基溶纖劑（methyl cellosolve)、 乙基溶纖劑（ethyl cellosolve)、丁基溶纖劑（butyl cellosolve)、脂肪醇（aliphatic alcohol)、α -松油醇（a -terpineol)、β -松油醇（β -terpineol)、二氫-松油醇 (dihydro-terpineol)、乙二醇（ethylene glycol)、乙二醇單丁基釀（ethylene glycol monobutylether)、丁基溶纖劑乙酸酯（butyl cellosolve acetate)和 2,2,4_ 三甲基 _1， 3-戊二醇單異丁酸酯（2, 2,4-trimethyl_l，3-pentanediol monoisobutyrate)。
[0022] 玻璃料的平均粒徑（average particle dizmeter，D50)可為0· 1微米到10微米。
[0023] 所述組合物可包含選自以下各個(gè)之中的至少一個(gè)：觸變劑（thixotropic agent)、 粘度穩(wěn)定劑（viscosity stablizer)、消泡劑（anti-foaming agent)、色素（pigment)、UV 穩(wěn)定劑（UV stabilizer)、抗氧化劑（antioxidant)和偶合劑（coupling agent)。
[0024] 本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種在分散性和儲(chǔ)存穩(wěn)定性方面具有極佳特性的用于 太陽能電池電極的組合物。
[0025] 本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種允許形成精細(xì)圖案并且展現(xiàn)極佳可印刷性的用 于太陽能電池電極的組合物。
[0026] 本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種由所述組合物制備的電極。
[0027] 根據(jù)本發(fā)明的用于太陽能電池電極的組合物在分散性和儲(chǔ)存穩(wěn)定性方面具有極 佳特性，允許形成精細(xì)圖案，并且展現(xiàn)極佳可印刷性。
【附圖說明】
[0028] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的太陽能電池的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 用于太陽能電池電極的組合物
[0030] 用于太陽能電池電極的組合物可包含銀（Ag)粉末；玻璃料；有機(jī)粘合劑；以及溶 劑?，F(xiàn)在，將更詳細(xì)地描述根據(jù)本發(fā)明的用于太陽能電池電極的組合物的每一組分。
[0031] ⑷銀粉末
[0032] 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)粉末作為導(dǎo)電粉末。銀 粉末的粒徑可為納米或微米級(jí)。舉例來說，銀粉末的粒徑可為幾十納米到數(shù)百納米，或數(shù)微 米到幾十微米?？商娲兀y粉末可為具有不同粒徑的兩種或多于兩種類型銀粉末的混合 物。
[0033] 銀粉末的形狀可為球形、片狀或無定形。
[0034] 銀粉末的平均粒徑（D50)優(yōu)選地是0. 1微米到10微米，更優(yōu)選地是0. 5微米到5 微米。在經(jīng)由超聲波處理在25°C下在異丙醇（isopropyl alcohol，IPA)中分散導(dǎo)電粉末3 分鐘之后可使用型號(hào)1064LD粒徑分析儀（西萊斯有限公司（CILAS Co.，Ltd.))測(cè)量平均 粒徑。在此范圍內(nèi)，所述組合物可提供低接觸電阻和低線路電阻（line resistance)。
[0035] 銀粉末可以按組合物的總重量計(jì)60重量％到95重量％的量存在。在此范圍內(nèi)， 導(dǎo)電粉末可防止因電阻增加以及由于有機(jī)載體量相對(duì)減少而難以形成糊料所引起的轉(zhuǎn)化 效率降低。舉例來說，銀粉末可以70重量％到90重量％的量存在。在一個(gè)實(shí)施例中，銀 粉末的存在量可以是60重量％、61重量％、62重量％、63重量％、64重量％、65重量％、66 重量％、67重量％、68重量％、69重量％、70重量％、71重量％、72重量％、73重量％、74重 量％、75重量％、76重量％、77重量％、78重量％、79重量％、80重量％、81重量％、82重 量％、83重量％、84重量％、85重量％、86重量％、87重量％、88重量％、89重量％、90重 量％、91重量％、92重量％、93重量％、94重量％或95重量％。
[0036] (B)玻璃料
[0037] 玻璃料用來增加導(dǎo)電粉末與晶片之間的粘著性（adhesion)并且通過蝕刻抗反射 膜（anti-refle