用於太陽能電池背電極的鋁漿的製作方法

2023-07-03 09:38:46 2

專利名稱：用於太陽能電池背電極的鋁漿的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於太陽能電池背電極的鋁漿。
背景技術：
通常，結晶矽太陽能電池使用一種厚180 220 μ m的P-型矽基板。在P-型矽基板的前表面上形成厚0. 2 0. 6 μ m的N-型雜質層，而且在N-型雜質層上依次形成抗反射用SiNx層與前電極。此外在P-型矽基板的背表面上形成鋁電極。此鋁電極的形成方法為使用絲網印刷等塗布鋁漿，將塗布的鋁漿乾燥，然後在低溫(約600°C )及高溫(800 950°C)兩階段煅燒已乾燥的鋁漿。在此煅燒工序中，鋁擴散至P-型矽基板中而形成Al-Si 合金層。此Al-Si合金層形成背表面場(BSF)層而防止由太陽能電池產生的電子重組，並提高由太陽能電池產生的載體的收集效率。太陽能電池的效率受BSF層的厚度與均勻性影響。即在BSF層的厚度減小時太陽能電池的效率降低，在其厚度增加時其效率增加。同時為了降低太陽能電池的成本，近來矽晶片的厚度已減小。然而在矽晶片的厚度過度地減小時，由於矽晶片與鋁間的熱膨脹係數差異而使得矽晶片翹曲，從而導致矽晶片裂開。為了克服上述問題，需要減小作為背電極的鋁電極的厚度，此目的可通過減少鋁
漿的塗布量而完成。然而在塗布較少量的鋁漿時，BSF層(其為背面電場層)的厚度增加，
使得太陽能電池的效率退化，以及在煅燒工序期間在電極層中越來越多地形成鋁泡或凸
塊。在此情形，在電極層中形成的鋁泡或凸塊降低了矽晶片的背表面的平整度，而且壓力集
中在這些鋁泡或凸塊上，因而在製造太陽能電池或太陽能電池組件時將造成太陽能電池破 m農。為了防止太陽能電池翹曲以及在煅燒工序期間形成較少的鋁泡，提出了如下傳統技術韓國專利登記第10-0825580號揭示了一種鋁漿，包括粒徑為0. 5 IOym的鋁粉、 有機載體及金屬烷氧化物；韓國未審查的專利申請公開號為10-2008-0068638揭示一種鋁漿，包括粒徑為2 20 μ m的鋁粉、玻璃料、有機載體及金屬氫氧化物；韓國未審查專利申請公開號為10-2008-0057230揭示一種鋁漿，包括粒徑為2 20 μ m的鋁粉、玻璃料、有機載體及增塑劑；以及韓國未審查專利申請公開號為10-2008-0104179揭示一種鋁漿，包括粒徑為4 10 μ m的鋁粉、鹼性玻璃料、乙氧化硼、乙氧化鈦、及氣相二氧化矽。除了鋁粉、玻璃料與有機載體，以上專利文件中揭示的鋁漿均包括有機或無機添加劑。然而這些添加劑是有問題的，因為它們在鋁漿煅燒工序期間如殘渣般存在，或者成孔，使得鋁漿的電阻與均勻性降低，因而不良地影響太陽能電池的效率。此外以上的鋁漿是有成問題的，因為鋁粉具有10 20 μ m的最大粒徑，使得鋁漿難以均勻地接觸太陽能電池絨面化的背表面，結果因其中形成的孔而可能形成鋁凸塊。

發明內容
因此，本發明用以關注以上現有技術中發生的問題，本發明的一個目的是提供一種用於太陽能電池背電極的鋁菜，其在煅燒工序期間可防止太陽能電池翹曲或者最小化鋁泡或凸塊的形成以及變黃的發生，可大幅增加短路電流(Isc)與開路電壓(Voc)的值，以及可明顯地提高太陽能電池的效率。為了實現以上目的，本發明一方面提供了一種用於太陽能電池背電極的鋁漿，包括鋁粉，其中將具有4 6 μ m的平均粒徑(D5tl)的鋁粉、與具有2 4 μ m的平均粒徑(D5tl) 的鋁粉以6 4 9. 5 0.5的重量比混合。本發明的另一方面提供了一種製造太陽能電池的方法，包括使用所述鋁漿形成背電極的工序。依照本發明的鋁漿由於使用兩種或更多種平均粒徑不同的鋁粉來改良鋁漿與絨面化的矽晶片間的接觸，因此在煅燒工序期間可防止太陽能電池翹曲且可使鋁泡或凸塊的形成以及變黃的發生最小化，可大幅增加短路電流(Isc)與開路電壓(Voc)的值，以及可明顯地提高太陽能電池的效率。
具體實施例方式本發明提供一種用於太陽能電池背電極的鋁漿，包括鋁粉，其中將D5tl = 4 6 μ m的鋁粉與D5tl = 2 4 μ m的鋁粉以6 4 9. 5 0. 5的重量比混合。在此"D5tl 」表示鋁粉的平均粒徑。通常，為了放大接收太陽光的面積而將矽太陽能電池的前後表面絨面化。通常單晶矽晶片以錐體的形式絨面化，而且該錐體具有2 15 μ m的高度及2 20 μ m的寬度。相比之下，多晶矽晶片以不規則迷陣的形式絨面化。在絨面化矽晶片的背表面上通過絲網印刷、凹版印刷或膠印塗覆鋁漿，乾燥，然後煅燒形成鋁電極。在此工序中，當鋁顆粒的尺寸過大時，鋁漿不易接觸矽晶片，因此在印刷及乾燥後於鋁漿與矽晶片的絨面化表面間形成間隙。在煅燒工序期間，間隙通過鋁漿層移動至鋁電極的表面，伴隨鋁泡及凸塊的發生。然而本發明人發現，在使用具有單一粒徑分布的鋁粉時，即使粒徑小仍無法以鋁粉輕易地充填間隙，而在使用兩或更多種具有不同的平均粒徑的鋁粉時可使間隙的形成最小化。因此，依照本發明的太陽能電池的背電極用鋁漿包括鋁粉，其中將D5tl = 4 6 μ m的鋁粉與D5tl = 2 4 μ m的鋁粉以6 4 9. 5 0. 5的重量比混合。在使用平均粒徑分布偏離以上範圍的鋁粉製備鋁漿時，鋁漿不能深入地滲入絨面化的矽晶片中，而且鋁漿中的孔隙度亦增加。因此，在矽晶片上無法均勻地形成背表面場 (BSF)層，鋁電極的電阻沒有變低，並且無法防止矽晶片的翹曲。相反地，在使用具有此平均粒徑分布的鋁粉製備鋁漿時，鋁漿深入地滲入絨面化的矽晶片中，而且鋁漿中的孔隙度亦降低。因此，在矽晶片上均勻地形成背表面場(BSF) 層，鋁電極的電阻變低，並且防止了矽晶片翹曲。因此在使用以此鋁粉製備的鋁漿製造太陽能電池時，太陽能電池的短路電流值增加，而且其效率亦增加。此外以此方式製造的太陽能電池因在煅燒工序後可防止鋁電極中發生的變黃而具有優勢。此外本發明提供了一種用於太陽能電池背電極的鋁漿，按其總量計，包括: (a) 65 75wt%的鋁粉，其中將D5tl = 4 6 μ m的鋁粉與D5tl = 2 4 μ m的鋁粉以6 4 9. 5 0. 5的重量比混合；(b)0. 01 5襯％的玻璃料；及(c) 20 34. 90wt%的有機載體溶液。在本發明的鋁漿中，可包括65 75wt%的量的鋁粉。在鋁漿所包括鋁粉的量低於 65wt%時，會產生在煅燒工序後印刷的鋁層變薄的問題，使得未充分地形成背表面場(BSF) 層，因而增加太陽能電池的效率。此外，在其中所包括鋁粉的量大於75wt%時，會產生印刷的鋁層過厚的問題，因而造成矽晶片翹曲。在本發明的鋁漿中，玻璃料的量為0.01 5wt%，較佳為0.05 3wt%，更佳為 0. 1 lwt%。在玻璃料的量低於0.01wt%時，會使矽晶片易翹曲，並產生鋁漿與矽晶片間的黏附性降低的問題。此外，在其量大於5wt%時，會產生電阻變高的問題，因此降低太陽能電池的效率。玻璃料可為Bi2O3-SiO2-Al2O3-B2O3-SrCL玻璃料可包括但不限於20 30mol%的 Bi203、5 15mol% 的 Al203、25 !35mol% 的 SiO2U IOmol % 的 SrO 與 20 40mol% 的
B2O30在玻璃料中，有效地使用SrO以降低玻璃料的軟化點。在玻璃料不包括SrO時，玻璃料的軟化點提高，使得在煅燒太陽能電池期間鋁漿軟化不足，結果鋁漿與矽晶片間的黏附性降低，因而降低太陽能電池的效率。然而在玻璃料包括過量的SrO時，玻璃料的軟化點過於地降低，導致在鋁電極中生成凸塊。此外，用於本發明的玻璃料可具有400 600°C的軟化點。在玻璃料的軟化點低於 400°C時，玻璃料的熱膨脹係數相對地增加，因此在太陽能電池製程期間煅燒的矽晶片易翹曲。此外在其軟化點高於600°C時，玻璃料在煅燒工序中未充分地熔化至在鋁層與矽晶片層之間提供黏附性的程度，因此其間的黏附性退化。在本發明的鋁漿中，按鋁漿的總量計可包括20 34. 90wt%的有機載體溶液。在有機載體溶液的量低於20wt%時，具有鋁漿的黏度過度增加的問題，因此降低鋁漿的印刷性。此外，在其量大於34. 90wt%時，具有鋁漿的鋁含量比例降低的問題，因此難以形成具有充分厚度的鋁層。有機載體溶液通過將聚合物樹脂溶於有機溶劑而製得，如果必要則可包括觸變劑、溼潤劑、添加劑等。用於本發明的有機載體溶液，按其總量計可包括75wt%或更多的有機溶劑及1 25wt%的聚合物樹脂。此外，有機載體溶液可進一步包括5wt%或更少的溼潤劑與觸變劑、 及1 IOwt %的添加劑。有機溶劑可具有150 300°C的沸點，使得可防止鋁漿乾燥以及可控制鋁漿的流動力。常用有機溶劑的例子可包括二醇醚，如三丙二醇甲基醚、二丙二醇正丙基醚、二丙二醇正丁基醚、三丙二醇正丁基醚、丙二醇苯基醚、二乙二醇乙基醚、二乙二醇正丁基醚、二乙二醇己基醚、乙二醇己基醚、三乙二醇甲基醚、三乙二醇乙基醚、三乙二醇正丁基醚、乙二醇苯基醚、萜品醇、Texano 1 、乙二醇等。聚合物樹脂的例子可包括聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙二醇、乙基纖維素、松脂、酚醛樹脂、丙烯酸樹脂等。聚合物的量按有機載體溶液的總量計可為1 25wt%，較佳為5 25wt%。在聚合物樹脂的量低於時，鋁漿的印刷性與分散穩定性退化。此外， 其量高於25wt%，則無法印刷鋁漿。至於觸變劑與溼潤劑，可使用常用於相關領域的觸變劑與溼潤劑而無限制。
添加劑可為常用於相關領域的分散劑等。作為分散劑，可使用市售表面活性劑，而且其可獨立地或彼此組合而使用。表面活性劑的例子可包括非離子性表面活性劑，如醚 (包括烷基聚氧乙烯醚、烷芳基聚氧乙烯醚、聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物等)、酯-醚(包括甘油酯的聚氧乙烯醚、山梨醇酐酯的聚氧乙烯醚、山梨醇酯的聚氧乙烯醚等)、酯(包括聚乙二醇脂肪酸酯、甘油酯、山梨醇酐酯、丙二醇酯、糖酯、烷基聚葡萄糖苷等)、及含氮表面活性劑(包括脂肪酸烷醇醯胺、聚氧乙烯脂肪酸醯胺、聚氧乙烯烷基胺、胺氧化物等)；及聚合表面活性劑，如聚乙烯醚、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、聚丙烯酸-順丁烯二酸共聚物、 聚-12-羥基硬脂酸等。 市售表面活性劑產品的例子可包括hypermer KD (由Uniqema Corp.製造)、 AKM0531 (由 NOF Corp.製造)、KP (由 Shinetsu Kagaku Kogyo Corp.製造)、P0LYFL0W (由 Kyoei Kagaku Corp.製造)、EFTOP(由 Tokemu Products Corp.製造)、Asahi guard、 Surflon (由 Asahi Glass Corp.製造)、SOLSPERSE (由 Geneka Corp.製造)、EFKA (由 EFKA Chemicals Co.，Ltd.製造)、PB 821 (由 Ajinomoto Co.，Inc.製造)、BYK-184, BYK-185、 BYK-2160、Anti-Terra U(由 BYK Corp.製造)等。分散劑的量按有機載體溶液的總量計可為1 10wt%，較佳為1 5wt%。依照本發明的鋁漿可通過使用同時旋轉和繞轉的二維混合機而製備。即此鋁漿可通過將上述組分按相應的組成比例置於二維混合機中，然後攪拌使固體在有機載體溶液中適當地混合及分散而製備。在25°C使用Brookfield HBDV-III超級流變儀或心軸CPE-52 測量其黏度時，以此方式製備的鋁漿在5rpm具有20，000 200，OOOcps的黏度。較佳地， 可製備鋁漿使得其具有40，000 100，OOOcps的黏度。此外，本發明提供了一種製造太陽能電池的方法，包括使用此鋁漿形成背電極的步驟。以此方式製造的太陽能電池因其不易翹曲，以及在電極層形成最少量的鋁泡或凸塊，使得短路電流(Isc)與開路電壓(Voc)的值大幅增加，並且明顯地提高了其效率而有利。在下文中，參考以下實施例而更詳細地敘述本發明。然而以下實施例雖用以敘述本發明，但本發明的範圍不受其限制。以下實施例可由本領域技術人員適當地修改而不脫離本發明的範圍。實施例1 鋁漿的製備將63wt %的D5tl = 4 6 μ m的鋁粉與7wt %的D5tl = 2 4 μ m的鋁粉G 6ym 2 4μπι = 9 1(重量比)，鋁粉總量=70襯％)、0.5襯％的具有以下表1所示組成比的玻璃料、和29. 5wt%的有機載體溶液(其通過使乙基纖維素溶於二醇醚中而製備) 依次地彼此混合形成混合物，然後使用同時旋轉和繞轉的混合機將混合物以IOOOrpm的轉速攪拌3分鐘而製備鋁漿。[表 1]
權利要求
1.一種用於太陽能電池背電極的鋁漿，包含鋁粉，所述鋁粉中具有4 6μπι的平均粒徑(D5tl)的鋁粉與具有2 4 μ m的平均粒徑(D5tl)的鋁粉按6 4 9. 5 0. 5的重量比進行混合。
2.如權利要求1所述的鋁漿，進一步包含玻璃料和有機載體溶液。
3.如權利要求2所述的鋁漿，按所述鋁漿的總量計包含65 75wt%的鋁粉；0.01 5襯％的玻璃料；和20 34. 90wt%的有機載體溶液。
4.如權利要求3所述的鋁漿，其中所述玻璃料具有400 600°C的軟化點。
5.如權利要求3所述的鋁漿，其中所述玻璃料為Bi203-Si02-Al203-B203-Sr0。
6.如權利要求5所述的鋁漿，其中所述玻璃料包含20 30mol%的Bi203、5 15mol % 的 Al203、25 !35mol% 的 SiO2U IOmol % 的 SrO 和 20 40mol% 的化03。
7.—種製造太陽能電池的方法，包含使用權利要求1所述的鋁漿形成背電極的步驟。
全文摘要
本發明公開了一種用於太陽能電池背電極的鋁漿，包含鋁粉，其中將具有4～6μm的平均粒徑(D50)的鋁粉與具有2～4μm的平均粒徑(D50)的鋁粉以6∶4～9.5∶0.5的重量比混合。此鋁漿是有優勢的，由於使用兩種或更多種具有不同的平均粒徑的鋁粉來改善鋁漿與絨面化的矽晶片間的接觸，在煅燒工序期間可防止太陽能電池翹曲或者可最小化鋁泡或凸塊的形成以及發生變黃，可大幅增加短路電流(Isc)與開路電壓(Voc)的值，並可明顯地提高太陽能電池的效率。
文檔編號H01B1/22GK102576578SQ201080037313
公開日2012年7月11日 申請日期2010年10月13日 優先權日2009年10月13日
發明者崔亨燮, 李承傭, 李昶模, 林大成, 洪勝權 申請人:東友Fine-Chem股份有限公司