太陽能電池電極用銀漿料組合物的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及太陽能電池電極用銀漿料組合物，其特征在于，其含有銀粉末混合物、玻璃粉及有機粘合劑。所述銀粉末混合物是將比表面積和直徑不同的兩種以上的銀粉末進行混合而成，所述銀粉末混合物的比表面積為0.65~10m2/g。本發(fā)明的銀漿料組合物用于制備太陽能電池的電極，特別是用于制備受光面（前面）電極，通過提供優(yōu)異的轉(zhuǎn)換效率及電阻特性，從而可以極大地提高太陽能電池的發(fā)電效率。
【專利說明】太陽能電池電極用銀漿料組合物
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種適合制備電極的銀漿料組合物，所述電極為利用二氧化硅基板的太陽能電池的電極，特別是受光面(前面)電極。
【背景技術(shù)】
[0002]在制備利用二氧化娃基板的太陽能電池時,在形成有減反射膜(antireflectionfilm)的二氧化硅基板的一面上，涂布含有金屬、玻璃粉等的金屬電極漿料，從而形成受光面(前面)電極。通常利用絲網(wǎng)印刷法使金屬電極漿料涂布于二氧化硅基板上，然后在燃燒爐中進行熱處理，從而形成受光面用金屬電極。
[0003]這種受光面用金屬電極的特性對利用二氧化硅基板的太陽能電池的發(fā)電特性產(chǎn)生很大影響。例如，通過提高金屬電極的燒結(jié)性，使太陽能電池的電阻值降低，通過調(diào)節(jié)玻璃粉的軟化點，使金屬電極均勻地接觸到二氧化硅基板上，從而提高太陽能電池的發(fā)電效率。因此，基于這樣的思路，提出了用于提高太陽能電池發(fā)電特性的各種方法。
[0004]例如,在日本專利公開第2007-235082號公開有一種太陽能電池受光面電極用導(dǎo)電性漿料，其含有比表面積為0.2(T0.60m2/g的銀(Ag)粉末、玻璃粉、粘合劑樹脂及稀釋劑。
[0005]此外,在日本專利公開第2007-194581號中公開有一種太陽能電池電極用導(dǎo)電性衆(zhòng)料，其含有微晶直徑為58nm以上的第一銀粉末、與第一銀粉末的微晶直徑不同的第二銀粉末、玻璃粉及粘合劑樹脂。
[0006]因此，需要開發(fā)一種太陽能電池電極用導(dǎo)電性漿料，該漿料可提供與現(xiàn)有漿料相同或更優(yōu)異的轉(zhuǎn)換效率及電阻性能。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0008]專利文獻
[0009]專利文獻1:日本專利公開第2007-235082號
[0010]專利文獻2:日本專利公開第2007-194581號

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]要解決的技術(shù)問題
[0012]本發(fā)明旨在提供一種能夠提高二氧化硅太陽能電池的發(fā)電效率的太陽能電池電極用導(dǎo)電性漿料組合物。
[0013]技術(shù)方案
[0014]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種銀漿料組合物，其含有銀粉末組合物、玻璃粉及有機粘合劑；所述銀粉末混合物是將比表面積和直徑不同的兩種以上的銀粉末進行混合而成，所述銀粉末混合物的比表面積為0.65~10m2/g。
[0015]所述銀粉末混合物的比表面積為0.65~3m2/g。
[0016]所述銀粉末混合物為 一種以上的第一銀粉末和一種以上的第二銀粉末的混合物，所述第一銀粉末的平均直徑為0.08^3 μ m,所述第二銀粉末的平均直徑為0.03 μ m以上且小于 0.08 u m。
[0017]所述銀粉末混合物中所含有的所述第一銀粉末及所述第二銀粉末的重量比為100:f30。
[0018]所述銀粉末的燒結(jié)起始溫度為40(T600°C。
[0019]所述銀漿料組合物，以組合物總重量計，含有65~95重量％的所述銀粉末混合物。
[0020]所述玻璃粉的軟化點為37(T440°C。
[0021]所述玻璃粉為含有氧化鉛(PbO)-氧化硼(B2O5)-二氧化硅(SiO2)的鉛硼硅酸鹽類玻璃粉。
[0022]所述玻璃粉含有70~90重量％的Pb0、l~10重量％的B205、1~10重量％的Si02、
0.r2重量％的Li2O及0.r2重量％的K20。
[0023]所述玻璃粉為含有氧化鉍(Bi2O3)-氧化硼(B2O5)-氧化鋅(ZnO)- 二氧化硅(SiO2)的無鉛硼硅酸鹽類玻璃粉。
[0024]所述玻璃粉含有50~90重量％的Bi203、I~10重量％的B205、I~10重量％的Si02、I~20重量％的Zn0、0.1~2重量％的Li2O及0.1~2重量％的K20。
[0025]所述玻璃粉的顆粒大小為0.1^3 U m。
[0026]所述銀漿料組合物，以組合物總重量計，含有2~I重量％的所述玻璃粉。
[0027]所述有機粘合劑為丙烯酸樹脂和乙基纖維素樹脂的混合物溶解在有機溶劑中的溶液。
`[0028]所述丙烯酸樹脂和乙基纖維素樹脂的混合物中所含的丙烯酸樹脂和乙基纖維素樹脂的重量比為1:99~50:50。
[0029]所述銀漿料組合物，以組合物總重量計，含有3~30重量％的所述有機粘合劑。
[0030]本發(fā)明還提供一種一種太陽能電池，其含有衍生自所述銀漿料組合物的膜作為電極。
[0031]所述太陽能電池含有上述膜作為受光面電極。
[0032]有益效果
[0033]本發(fā)明的銀漿料組合物用于制備太陽能電池的電極，特別是用于制備受光面(前面)電極，從而提供優(yōu)異的轉(zhuǎn)換效率及電阻特性，因此可以極大地提高太陽能電池的發(fā)電效率。
【具體實施方式】
[0034]本發(fā)明的銀漿料組合物，其特征在于，其含有銀粉末混合物作為導(dǎo)電性金屬，所述銀粉末混合物是將比表面積和直徑不同的兩種以上的銀粉末進行混合而成，所述銀粉末混合物的比表面積為0.65~10m2/g。
[0035]下面，對本發(fā)明的銀漿料組合物的各成分進行具體說明。
[0036]1.導(dǎo)電性金屬(銀粉末混合物)
[0037]本發(fā)明所使用的導(dǎo)電性金屬為銀粉末混合物，所述銀粉末混合物是將比表面積和直徑不同的兩種以上的銀粉末進行混合而成，所述銀粉末混合物的比表面積為0.65^10m2/g，優(yōu)選0.65~3m2/g。本發(fā)明所使用的銀粉末可以為球形、凝聚形(388101116以1:;[￥6)、薄片形等多種形態(tài)。此時，對所混合的各銀粉末的比表面積的范圍沒有限定。即，也可以混合比表面積較大的納米(nano)級的銀粉末和數(shù)微米(micron)級的銀粉末。
[0038]通過使用混合后具有本發(fā)明所規(guī)定的比表面積的銀粉末混合物，可以提高太陽能電池的發(fā)電特性和粘合強度。即，如果使用混合后的比表面積小于本發(fā)明所規(guī)定的比表面積范圍的銀粉末混合物時，則燒結(jié)性會降低，從而導(dǎo)致粘合強度降低，并且電極的電阻值會變高，從而使轉(zhuǎn)換效率降低。此外，如果使用混合后的比表面積大于本發(fā)明所規(guī)定的比表面積范圍的銀粉末混合物時，則在熱處理工序中會產(chǎn)生因電極收縮過多而引起的接觸面皸裂(crack)，從而產(chǎn)生粘合強度和轉(zhuǎn)換效率降低的現(xiàn)象。
[0039]優(yōu)選地，本發(fā)明所使用的銀粉末混合物可以為兩種以上的第一銀粉末或一種以上的第一銀粉末和一種以上的第二銀粉末的混合物；所述第一銀粉末的平均直徑為
0.08^3 u m,所述第二銀粉末的平均直徑為0.03 m以上且小于0.08 u m。作為第一銀粉末和第二銀粉末的混合物的銀粉末混合物，其中所含的第一銀粉末和第二銀粉末的重量比為100:廣30。此外，為了提高印刷厚度，在銀粉末混合物中可含有占總重量的I飛重量％的平均直徑超過3 ii m的銀粉末。
[0040]對平均直徑在以上范圍的銀粉末進行組合應(yīng)用，通過熱處理達到了以下效果。使電極的接觸電阻降低、防止電極與晶片之間的微細皸裂，以及提高燒結(jié)性等。由以上效果可期待電極密度增加。
[0041]本發(fā)明所使用的銀粉末可以通過霧化(atomizing)法、濕式還原法等進行制備，從可容易控制比表面積，可有效地制備具有特定范圍直徑的粉末的角度考慮，更優(yōu)選濕式還原法。
[0042]銀粉末優(yōu)選具有40(T600°C的燒結(jié)起始溫度。在燒結(jié)起始溫度低于400°C的低溫下開始燒結(jié)銀粉末時，則會因燒結(jié)收縮而產(chǎn)生過剩的殘余應(yīng)力，從而金屬電極和晶片之間會產(chǎn)生皸裂。此外，銀粉末優(yōu)選在短時間(數(shù)秒)內(nèi)燒結(jié)，以使其適合于作為太陽能電池?zé)崽幚砉ば虻目焖贌?fast firing)工序。如果在短時間(數(shù)秒)內(nèi)不能充分進行燒結(jié),貝!J會因銀粉末的未燒結(jié)而導(dǎo)致電極電阻值和接觸電阻值升高，從而使太陽能電池的發(fā)電特性降低。
[0043]通常，銀粉末優(yōu)選為高純度(99.9%)的銀粉末。但是，為了改善電極漿料的分散特性及印刷特性等，也可以使用涂布有有機物的低純度的銀粉末。
[0044]本發(fā)明的銀漿料組合物，以組合物總重量計，可以含有65、5重量％、優(yōu)選85、0重量％的銀粉末混合物。
[0045]2.玻璃粉
[0046]本發(fā)明的銀漿料組合物含有作為無機粘合劑的玻璃粉。本發(fā)明可以使用的玻璃粉需要充分地熔融，以使導(dǎo)電性漿料在60(T80(TC下進行熱處理時，可以適當(dāng)?shù)貪櫇瘢⑶铱蛇m當(dāng)?shù)卣澈显诙趸杌迳稀?br> [0047]優(yōu)選地，本發(fā)明所使用的玻璃粉的軟化點為37(T440°C。如果玻璃粉的軟化點低于370°C，則在金屬電極漿料的熱處理工序中，玻璃熔融物的粘度過度降低，從而無法充分獲得本發(fā)明的效果。此外，如果軟化點高于440°C，則玻璃熔融物的粘度變高，無法實現(xiàn)充分的粘合強度，并且無法促進銀粉末的燒結(jié)，從而使發(fā)電效果降低。
[0048]本發(fā)明中所使用的玻璃粉的化學(xué)組成與實際用于導(dǎo)電性漿料中的玻璃粉的化學(xué)組成相似。例如，可以為含有氧化鉛(PbO)-氧化硼(B2O5) - 二氧化硅(SiO2)的鉛硼硅酸鹽類玻璃粉。優(yōu)選地，可以含有7(T90重量％的PbO、rio重量％的B205、rio重量％的Si02、
0.r2重量％的Li2O及0.r2重量％的K20。
[0049]此外，也可以為含有氧化秘(Bi2O3)-氧化硼(B2O5)-氧化鋅(ZnO) - 二氧化娃(SiO2)的無鉛硼硅酸鹽類玻璃粉。優(yōu)選地，可以含有5(T90重量％的Bi203、fl0重量％的B2O5> 1"10 重量 ％ 的 Si02、f 20 重量 ％ 的 Zn0、0.f 2 重量 ％ 的 Li2O、及 0.f 2 重量 ％ 的 K20。上述組成的玻璃粉從軟化點及玻璃熔接性的兩方面提供優(yōu)異的效果。
[0050]玻璃粉的顆粒大小可以為0.r3 U m，玻璃粉的顆粒大小會影響玻璃粉的軟化起始溫度。更具體地，如果玻璃粉的顆粒大小小于0.1 時，則會促進玻璃粉顆粒的燒結(jié)，從而即使使用軟化點為37(T440 V的玻璃粉，也可以表現(xiàn)出使用軟化點小于370 V的玻璃粉時的特性。此外，如果玻璃粉的顆粒大小大于3 ii m時，則玻璃粉顆粒的燒結(jié)就會降低，相對地會表現(xiàn)出使用軟化點高于440°C的玻璃粉時的特性。進而，玻璃粉的顆粒大小會對金屬電極漿料的混合及分散特性產(chǎn)生影響。
[0051]本發(fā)明的銀漿料組合物，以組合物總重量計，可以含有2?I重量％，優(yōu)選2飛重量％的玻璃粉。如果玻璃粉的含量小于2重量％，則無法充分地實現(xiàn)粘合強度，并且玻璃粉和二氧化硅晶片之間的反應(yīng)性不足，從而使接觸電阻增加。如果玻璃粉的含量超過7重量％，則玻璃粉就會熔融，從而熔出(浮出)電極表面。
[0052]3.有機粘合劑
[0053]本發(fā)明所使用的有機粘合劑可以是粘合劑樹脂溶解在有機溶劑(稀釋劑)中的粘合劑樹脂溶液。根據(jù)需要，可以通過調(diào)節(jié)有機溶劑的含量來調(diào)節(jié)銀漿料組合物的粘度及無機物含量。
[0054]優(yōu)選地，作為粘合劑樹脂可以使用丙烯酸樹脂和乙基纖維素樹脂的混合物。此時，粘合劑樹脂中所含的丙烯酸樹脂和乙基纖維素樹脂的重量比可以為1:99?50:50。
[0055]作為所述丙烯酸樹脂的具體例可以舉出聚(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸、丁基(甲基)丙烯酸酯及它們的混合物。
[0056]作為所述有機溶劑的具體例可以舉出松樹油、二乙二醇單乙酸乙酯、二乙二醇單丁醚、二乙二醇單丁醚乙酸酯、乙二醇單丁醚、乙二醇單丁醚乙酸酯、松油醇、甲基戊二酸、鄰苯二甲酸二丁酯、二(2-乙基己基)鄰苯二甲酸酯、二乙基鄰苯二甲酸酯、二異壬基己二酸、二元酯(DBE, dibasic ester)及它們的混合物。
[0057]本發(fā)明的銀漿料組合物，以組合物總重量計，可以含有3?30重量％，優(yōu)選1(T20重量％的有機粘合劑。
[0058]4.其它添加劑
[0059]本發(fā)明的銀漿料組合物根據(jù)需要可以含有一種以上的公知的添加劑，例如，能夠?qū){料賦予適當(dāng)粘度的增粘劑、穩(wěn)定化劑、分散劑、粘度調(diào)節(jié)劑等?？梢愿鶕?jù)最終得到的導(dǎo)電性漿料的特性來決定添加劑的含量。
[0060]可以通過3輥攪拌機及行星式(planetary)混合機將上述組分進行混合，從而制得本發(fā)明的銀漿料組合物。本發(fā)明的銀漿料組合物，使用博力飛HB粘度計、#14轉(zhuǎn)子(spindle)及效用杯(音皇司司宅)(小量樣品適配器,small sample adaptor)在IOrpm及25°C下測定的情況下，優(yōu)選具有15(T400kcpS的粘度。
[0061]本發(fā)明的銀漿料組合物用于制備太陽能電池的受光面電極，利用絲網(wǎng)印刷法將銀漿料組合物涂布在太陽能電池用二氧化硅基板(晶片)的一面上，然后進行熱處理，從而可形成太陽能電池的受光面電極。也可以在太陽能電池用二氧化硅基板的另一面上涂布本發(fā)明的銀漿料組合物，從而形成里面電極，優(yōu)選同時燒制這些電極。
[0062]如此，本發(fā)明的銀漿料組合物用于制備太陽能電池的電極，特別是用于制備受光面(前面)電極，通過提供優(yōu)異的轉(zhuǎn)換效率及電阻特性，從而可以極大地提高太陽能電池的發(fā)電效率。由此，本發(fā)明提供一種太陽能電池，其含有衍生自所述銀漿料組合物的膜作為電極，特別是作為受光面電極。
[0063]下面，根據(jù)下述實施例，對本發(fā)明進行更加詳細地說明。但是，下述實施例只是為了舉例說明本發(fā)明，本發(fā)明的范圍并非限定于此。
[0064]<銀漿料組合物的制備>
[0065]實施例1
[0066]將86重量％的銀粉末混合物，所述銀粉末混合物為比表面積及直徑不同的銀粉末A、B、C及D的混合物，混合后的比表面積為0.82m2/g，銀粉末A、B、C及D的比表面積分別為 11.43m2/g、2.86m2/g、0.48m2/g 及 0.29m2/g，平均直徑分別為 0.05 u m,0.2 u mU.2 u m及2.0 ii m，各自的使用量參見下述表I ;4.0重量％的氧化鉛(PbO)-氧化硼(B2O5) - 二氧化硅(SiO2)類玻璃粉，所述玻璃粉的軟化溫度為410°C，顆粒大小為2.0 ii m，所述玻璃粉含有80.0重量%的Pb0、6.0重量%的B2O5)>12.0重量%的Si02、1.0重量%的LiO2及1.0重量％的K2O ；7重量％的溶液，該溶液是將聚(甲基)丙烯酸酯樹脂(產(chǎn)品名:M6320，日本積水(SEKISUI)公司)和乙基纖維素樹脂以30:70的重量比進行混合，將混合后的混合物以15重量％的量溶解在二乙二醇單乙酸乙酯中，從而制得；2重量％的松油醇；及I重量％的二元酯(DBE)進行混合，用3輥攪拌機將它們進行分散及粉碎，從而制得粘度為280kcps (使用博力飛粘度計、#14轉(zhuǎn)子(spindle)及效用杯(音皇司司筆)在IOrpm, 25°C下測定)的銀漿料組合物。
[0067]實施例2至8
[0068]除了按照表I所示的組成改變所述銀粉末A、B、C及D的使用量，從而改變銀粉末混合物的比表面積之外，其余按照與上述實施例1相同的步驟制得銀漿料組合物。
[0069]比較例I
[0070]除了使用比表面積及直徑不同的86重量％的銀粉末E、F及D的混合物代替上述銀粉末A、B、C及D的混合物之外，其余按照與上述實施例1相同的步驟制得銀漿料組合物。上述銀粉末E、F及D的比表面積分別為5.71m2/g、0.57m2/g及0.29m2/g，上述銀粉末E、F及D混合后的比表面積為0.45m2/g，平均直徑分別為0.1 ii m、1.0 ii m及2.0 ii m，各自的使用量參見下述表I。
[0071]比較例2至4
[0072]除了按照表I所示的組成改變所述銀粉末E、F及D的使用量，從而改變銀粉末混合物的比表面積之外，其余按照與上述比較例I相同的步驟制得銀漿料組合物。
[0073]比較例5
[0074]除了按照表I所示的組成改變所述銀粉末A、B、D及E的使用量，從而改變銀粉末混合物的比表面積之外，其余按照與上述比較例I相同的步驟制得銀漿料組合物。
[0075]<物理性質(zhì)評價>[0076]利用下面的方法對實施例f 8及比較例f 5中制得的漿料組合物的物理性質(zhì)進行評價，其結(jié)果如表I所示。
[0077]測定轉(zhuǎn)換效率及串聯(lián)電阻
[0078]用絲網(wǎng)印刷法在厚度為200 ii m、大小為127mmX 127mm的n型二氧化娃半導(dǎo)體基板上，利用325目的絲網(wǎng)印刷版涂布并干燥漿料組合物，使得燒制厚度為lOlOym。
[0079]將上述涂布有漿料的n型二氧化硅半導(dǎo)體基板在200°C下進行干燥后，在最高溫度為74(T790°C的燒制爐中燒制約10秒，形成電極，從而制得太陽能電池cell。
[0080]利用效率測定機(型號:CT801，帕山(PASAN)公司)，分別測定制得的太陽能電池cell的轉(zhuǎn)換效率(Eff)及串聯(lián)電阻(Rs)。
[0081]表I
【權(quán)利要求】
1.一種銀漿料組合物，其特征在于，所述銀漿料組合物含有銀粉末混合物、玻璃粉及有機粘合劑；所述銀粉末混合物是將比表面積和直徑不同的兩種以上的銀粉末進行混合而成，所述銀粉末混合物的比表面積為0.65~10m2/g。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銀漿料組合物，其特征在于，所述銀粉末混合物的比表面積為 0.65~3m2/g。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銀漿料組合物，其特征在于，所述銀粉末混合物為一種以上的第一銀粉末和一種以上的第二銀粉末的混合物，所述第一銀粉末的平均直徑為0.08~3 μ m,所述第二銀粉末的平均直徑為0.03 μ m以上且小于0.08 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的銀漿料組合物，其特征在于，所述銀粉末混合物中所含有的所述第一銀粉末及所述第二銀粉末的重量比為100: f 30。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銀漿料組合物，其特征在于，所述銀粉末的燒結(jié)起始溫度為400~600。。。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銀漿料組合物，其特征在于，所述銀漿料組合物，以組合物總重量計，含有65~95重量％的所述銀粉末混合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銀漿料組合物，其特征在于，所述玻璃粉的軟化點為37(T440°C。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銀漿料組合物，其特征在于，所述玻璃粉為含有氧化鉛(PbO)-氧化硼(B2O5) - 二氧化硅(SiO2)的鉛硼硅酸鹽類玻璃粉。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的銀漿料組合物，其特征在于，所述玻璃粉含有70-90重量％的PbO, 1~10 重量 ％ 的 Β205、1~ιο 重量 ％ 的 Si02、0.1~2 重量 ％ 的 Li2O 及 0.1~2 重量 ％ 的 K20。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銀漿料組合物，其特征在于，所述玻璃粉為含有氧化鉍(Bi2O3)-氧化硼(B2O5)-氧化鋅(ZnO) - 二氧化硅(SiO2)的無鉛硼硅酸鹽類玻璃粉。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的銀漿料組合物，其特征在于，所述玻璃粉含有50-90重量％的Bi203、1~ιο重量％的Β205、1~ιο重量％的Si02、I~20重量％的Ζη0、0.1~2重量％的Li2O及0.1~2重量％的K20。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銀漿料組合物，其特征在于，所述玻璃粉的顆粒大小為0.1~3 μ m。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銀漿料組合物，其特征在于，所述銀漿料組合物，以組合物總重量計，含有2~7重量％的所述玻璃粉。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銀漿料組合物，其特征在于，所述有機粘合劑為丙烯酸樹脂和乙基纖維素樹脂的混合物溶解在有機溶劑中的溶液。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的銀漿料組合物，其特征在于，所述丙烯酸樹脂和乙基纖維素樹脂的混合物中所含的丙烯酸樹脂和乙基纖維素樹脂的重量比為1:9^50:50。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銀漿料組合物，其特征在于，所述銀漿料組合物，以組合物總重量計，含有3~30重量％的所述有機粘合劑。
17.一種太陽能電池，其特征在于，其含有衍生自權(quán)利要求f 16中任一項所述的銀漿料組合物的膜作為電極。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的太陽能電池，其特征在于，其含有所述膜作為受光面電極。
【文檔編號】H01B13/00GK103778993SQ201210581806
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2012年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月25日
【發(fā)明者】李真權(quán), 姜星求, 金鎮(zhèn)玄, 樸韓振 申請人:大洲電子材料株式會社, 上海大洲電子材料有限公司