TWI552165B

TWI552165B - 導電組合物

Info

Publication number: TWI552165B
Application number: TW103100263A
Authority: TW
Inventors: 黃文瑞; 辛璧宇; 葉志賢
Original assignee: 碩禾電子材料股份有限公司
Priority date: 2013-01-04
Filing date: 2014-01-03
Publication date: 2016-10-01
Also published as: TW201428770A; US20140191167A1

Description

導電組合物

本發明有關於一種導電組合物，特別是關於一種用於太陽能電池之導電組合物。

太陽能電池是一種可透過光伏效應而將光能轉換成電能之半導體元件。一般而言，任何半導體二極體可以用於將光能轉換成電能。太陽能電池係基於兩個因子，包括光導效應與內部電場，而產生電流。因此，太陽能電池的材料選擇需要考慮到其光導效應以及如何產生其內部電場。

太陽能電池之效能主要係由光與電之間的轉換效率而決定。影響到轉換效率的這些因子包括：太陽光的強度與溫度、基材之材料電阻值、品質、以及缺陷密度、P-N介面之濃度與深度、電池受光面之抗反射度、金屬電極之線寬與線高以及接觸阻抗等。因此，為了製作具有高轉換效率的太陽能電池，上面所述的每一個這些影響因子都必須嚴密控制。

若以正面電極導電銀漿為例，其製作成本超過太陽能電池總成本的50%。因此近年來，為了降低太陽能電池的製作成本，通常都會利用薄化的正面電極銀漿以及電鍍製程降低銀的使用量來達成。但這些方法常會因電極物理特性受到改變，進而導致導電性能或結構強度上的缺陷。

本發明之目的，即在於使用氧化鋁以及氧化鋁表面銀以降低導電銀漿的成本，同時維持漿料的主要物理性能。

在本發明中，一種用於太陽能電池之正面導電漿(導電組合物)，其包括以下成分：(a)銀粉末；(b)填充材料，可於其表面附著導體；(c)玻璃熔塊；以及(d)一有機黏結劑(有機載體)。填充材料，尤其是表面有導體附著者，係作為導電漿的成分以取代部分銀粉末，並因而降低製造成本且不至影響導電性。如欲進一步降低成本，導體更可以僅僅附著於填充材料的一部分表面之上，並且經導體附著的填充材料可以混合無附著的填充材料。為了達到此特定目的，填充材料佔了導電組合物總固含量的2~20重量百分比，銀粉佔了導電組合物總固含量的74~92重量百分比，玻璃熔塊佔了導電組合物總固含量的2~6重量百分比。若以本發明之一實施方式為例，上述導電組合物係可用於形成於太陽能電池基板之正面電極。其中，通常而言，正面導電漿亦可以包括一分散劑於其中。此外，氧化鋁之粒子粒徑為0.1~10微米。玻璃熔塊可以更包括底下一種或多種元素：鉛(Pb)、矽(Si)、硼(B)、鋁(Al)、鋅(Zn)、錫(Sn)、氟(F)、鋰(Li)、鈦(Ti)、銻(Te)、銀(Ag)、鈉(Na)、鉀(K)、銣(Rb)、銫(Cs)、鍺(Ge)、鎵(Ga)、銦(In)、鎳(Ni)、鈣(Ca)、鎂(Mg)、鍶(Sr)、鋇(Ba)、硒(Se)、鉬(Mo)、鎢(W)、釔(Y)、砷(As)、鑭(La)、釹(Nd)、鈷(Co)、釓(Gd)、銪(Eu)、鈥(Ho)、鐿(Yb)、鎦(Lu)、鉍(Bi)、鉭(Ta)、釩(V)、鋯(Zr)、錳(Mn)、磷(P)、銅(Cu)、鈰(Ce)、以及鈮(Nb)等。又玻璃熔塊例如可為一鉛玻璃熔塊。

特定而言，上述導電漿更可包含一有機載體、一分散劑與至少一添加劑。此外，填充材料包括金屬或合金，而其中包括鋁氧化物、鋯氧化物、矽氧化物、鋅氧化物、銅氧化物(例如：氧化鋁、氧化鋯、氧化矽、氧化鋅、氧化銅)或其組合，其中該導體包括銀或銅。又附著之導體包括具導電性之一金屬、一非金屬或一合金。

更進一步來說，上述添加物可選自於下列所組成之群組：氧化鋯(ZrO₂)、五氧化二釩(V₂O₅)、氧化銀(Ag₂O)、三氧化二銫(Cs₂O₃)、三氧化二鉺(Er₂O₃)、氧化錫(SnO)、氧化鎂(MgO)、三氧化二釹(Nd₂O₃)、氧化鈣(CaO)、二氧化鈦(TiO₂)、三氧化二鋁(Al₂O₃)、二氧化硒(SeO₂)、氧化鉛(PbO)、三氧化二鉻(Cr₂O₃)、氧化鉀(K₂O)、三氧化鎢(WO₃)、三氧化二鉍(Bi₂O₃)、二氧化錳(MnO₂)、氧化鎳(NiO)、三氧化二釤(Sm₂O₃)、二氧化鍺(GeO₂)、五氧化二磷(P₂O₅)、氟化鋅(ZnF₂)、三氧化二銦(In₂O₃)、三氧化二鎵(Ga₂O₃)及其衍生物。又有機載體包括二乙二醇單丁醚、乙基纖維素或氫化蓖麻油。

此些優點及其他優點從以下較佳實施例之敘述及申請專利範圍將使讀者得以清楚了解本發明。

此處本發明將針對發明具體實施例及其觀點加以詳細描述，此類描述為解釋本發明之結構或步驟流程，其係供以說明之用而非用以限制本發明之申請專利範圍。因此，除說明書中之具體實施例與較佳實施例外，本發明亦可廣泛施行於其他不同的實施例中。

說明書中所述一實施例或一個實施例指的是一特定被敘述與此實施例有關之特徵、結構或者特性被包含在至少一些實施例中。因此，一實施例或一個實施例之各態樣之實施不一定為相同實施例。此外，本發明有關之特徵、結構或者特性可以適當地結合於一或多個實施例之中。

一般而言，矽晶圓太陽能電池包含一第一電極、一第二電極以及一P-N半導體層，兩個電極都具導電性。第一電極的第一表面包含一P-N半導體層。第一電極(可稱為工作電極或半導體電極)可包含任何具導電性的材料。舉例而言，第一電極可以由玻璃、有機載體、和銀粉末所形成。第二電極(可稱為背電極)亦可包括任何具有導電性質的材料。第二電極包括一導電基板，其亦可以由玻璃、有機載體、和銀粉末所形成。

值得注意的是，本發明之導電組合物可以應用於任何型態的矽晶圓太陽能電池之正面電極或背面電極。換言之，本發明之導電組合物可以作為正面電極或背面電極。

在本發明中，設提供一正面導電漿(導電組合物)為例，其包括以下成分：(a)銀粉末；(b)氧化鋁，可塗佈銀於其表面；(c)玻璃熔塊；以及(d)一有機黏結劑(有機載體)。通常而言，正面導電漿尚可以包括一分散劑。其中，氧化鋁之粒子粒徑為0.1~10微米。玻璃熔塊可以更包括底下一種或多種元素：鉛(Pb)、矽(Si)、硼(B)、鋁(Al)、鋅(Zn)、錫(Sn)、氟(F)、鋰(Li)、鈦(Ti)、銻(Te)、銀(Ag)、鈉(Na)、鉀(K)、銣(Rb)、銫(Cs)、鍺(Ge)、鎵(Ga)、銦(In)、鎳(Ni)、鈣(Ca)、鎂(Mg)、鍶(Sr)、鋇(Ba)、硒(Se)、鉬(Mo)、鎢(W)、釔(Y)、砷(As)、鑭(La)、釹(Nd)、鈷(Co)、釓(Gd)、銪(Eu)、鈥(Ho)、鐿(Yb)、鎦(Lu)、鉍(Bi)、鉭(Ta)、釩(V)、鋯(Zr)、錳(Mn)、磷(P)、銅(Cu)、鈰(Ce)、鈮(Nb)。玻璃熔塊例如為鉛玻璃熔塊。

於一實施例中，一填充材料(filler)可以加入於正面導電漿之中。填充材料可以為金屬氧化物，其中金屬作為主體以提升黏著強度。一導體可以選擇性地約略塗佈覆蓋填充材料的至少一部分表面，其中塗佈部分包括至少金屬或合金以提升導電性。

本發明更提供一太陽能電池元件，其包括一電極或導線，係於矽半導體基材之上藉由塗佈導電漿組合物並且經過乾燥與燒結而形成。本發明之導電漿組合物包括分散劑於其中以具有好的抗濕性，並且可以有效地解決太陽能電池的翹曲問題，並提升太陽能電池之背面導電漿與銀膠之間的黏著強度。

舉一正面電極之例子而言，本發明揭露一導電組合物，其可以應用作為正面電極的材料。導電組合物包括一金屬填充材料，該金屬用於作為支撐一主體，即在本發明中為銀，以提升黏著性。一導體可以約略塗佈覆蓋填充材料的至少一部分表面，其中塗佈之導體包括至少金屬或合金以提升導電性。

此外，填充材料與塗佈部分的材料成本可以比主體的材料成本還低，以達到以低材料成本取代高核心材料成本之目的，並且以有效的提升黏著強度以及具有幾乎相同的導電性。

填充材料具有導體塗佈於其上、銀粉末、玻璃熔塊與添加劑可以加入於有機溶劑中。有機溶劑可以用於提升填充材料與銀顆粒之分散性，並且進一步提升導電組合物對基材的黏著性。在本發明實施例中，有機載體包括二乙二醇單丁醚(diethylene glycol monobutyl ether)、乙基纖維素(ethyl cellulose)或氫化蓖麻油(hydrogenated castor oil)。在一實施例中，添加物可選自於下列所組成之群組：氧化鋯(ZrO₂)、五氧化二釩(V₂O₅)、氧化銀(Ag₂O)、三氧化二銫(Cs₂O₃)、三氧化二鉺(Er₂O₃)、氧化錫(SnO)、氧化鎂(MgO)、三氧化二釹(Nd₂O₃)、氧化鈣(CaO)、二氧化鈦(TiO₂)、三氧化二鋁(Al₂O₃)二氧化硒(SeO₂)、氧化鉛(PbO)、三氧化二鉻(Cr₂O₃)、氧化鉀(K₂O)、三氧化鎢(WO₃)、三氧化二鉍(Bi₂O₃)、二氧化錳(MnO₂)、氧化鎳(NiO)、三氧化二釤(Sm₂O₃)、二氧化鍺(GeO₂)、五氧化二磷(P₂O₅)、氟化鋅(ZnF₂)、三氧化二銦(In₂O₃)、三氧化二鎵(Ga₂O₃)及其衍生物。

本發明之導電組合物係藉由加入金屬氧化物作為填充材料來備製。填充材料之表面最佳係塗佈一導電層，例如金屬、合金或其組合。舉例而言，填充材料的材料為氧化鋁、氧化鋯、氧化矽、氧化鋅、氧化銅或其組合。填充材料係藉由一表面改質所形成，且其表面係塗佈銀或銅金屬層，以達到提升黏著性之目的，並因而提升了銀-銀介面之間的剝離強度，以及提升了銀-玻璃介面之間的剝離強度，同時結果達到降低成本的目的。

本發明之導電組合物可以藉由一網印製程以形成一導電膜。例如銀導電漿可利用網印方法以印製於太陽能電池矽基材之正面上。

實施例一

實施例二

在實施例一與實施例二中，其說明了正面導電漿分別包括：不同固含量的銀/氧化鋁/玻璃一/玻璃二(Ag/Al₂O₃/Glass 1/Glass 2)、銀/銀塗佈之氧化鋁/玻璃一/玻璃二(Ag/Ag塗佈Al₂O₃/Glass 1/Glass 2)。

從上述可知，在本發明中，填充材料，例如氧化鋁(或氧化鋯、氧化矽、氧化鋅)可以適當地加入於導電組合物中以提升黏著性，並且避免原來的銀層的斷層，使得導電組合物具有良好的導電性以及類似一般的銀膠的低阻值。

一實施例為本發明之一實作或範例。說明書中所述一實施例、一個實施例、某些實施例或其他實施例指的是一特定被敘述與此實施例有關之特徵，結構，或者特質被包含在至少一些實施例中，但未必於所有實施例。而各態樣之實施例不一定為相同實施例。其中應被理解的是在本發明實施例描述中，各特徵有時會組合於一實施例之圖、文字描述中，其目的為簡化本發明技術特徵，有助於了解本發明各方面之實施方式。除描述於此之外，可藉由敘述於本發明中之實施例及實施方式所達成之不同改良方式，皆應涵蓋於本發明之範疇中。因此，揭露於此之圖式及範例皆用以說明而非用以限制本發明，本發明之保護範疇僅應以列於其後之申請專利範圍為主。

Claims

一種用於太陽能電池之導電漿，包含：銀粉；填充材料，其中該填充材料藉由一表面改質所形成，使該填充材料之至少一部分表面塗佈一導體；以及玻璃熔塊；其中該導電漿之總固含量包含74~92重量百分比之銀粉、2~20重量百分比之填充材料與2~6重量百分比之玻璃熔塊。
如請求項1所述之用於太陽能電池之導電漿，其中該導電漿更包含一有機載體、一分散劑與至少一添加劑。
如請求項1或2所述之用於太陽能電池之導電漿，其中該玻璃熔塊為鉛玻璃熔塊。
如請求項1或2所述之用於太陽能電池之導電漿，其中該玻璃熔塊更包括底下一種或多種元素：鉛(Pb)、矽(Si)、硼(B)、鋁(Al)、鋅(Zn)、錫(Sn)、氟(F)、鋰(Li)、鈦(Ti)、銻(Te)、銀(Ag)、鈉(Na)、鉀(K)、銣(Rb)、銫(Cs)、鍺(Ge)、鎵(Ga)、銦(In)、鎳(Ni)、鈣(Ca)、鎂(Mg)、鍶(Sr)、鋇(Ba)、硒(Se)、鉬(Mo)、鎢(W)、釔(Y)、砷(As)、鑭(La)、釹(Nd)、鈷(Co)、釓(Gd)、銪(Eu)、鈥(Ho)、鐿(Yb)、鎦(Lu)、鉍(Bi)、鉭(Ta)、釩(V)、鋯(Zr)、錳(Mn)、磷(P)、銅(Cu)、鈰(Ce)、鈮(Nb)。
如請求項1或2所述之用於太陽能電池之導電漿，其中該填充材料包括金屬或合金，以及其中該導體包括具導電性之一金屬、一非金屬或一合金。
如請求項1或2所述之用於太陽能電池之導電漿，其中該填充材料包括鋁氧化物、鋯氧化物、矽氧化物、鋅氧化物、銅氧化物、或其上之組合，以及其中該導體包括銀或銅。
如請求項1或2所述之用於太陽能電池之導電漿，其中該添加物可選自於下列所組成之群組：二氧化鋯(ZrO₂)、五氧化二釩(V₂O₅)、氧化銀(Ag₂O)、三氧化二銫(Cs₂O₃)、三氧化二鉺(Er₂O₃)、氧化錫(SnO)、氧化鎂(MgO)、三氧化二釹(Nd₂O₃)、氧化鈣(CaO)、二氧化鈦(TiO₂)、三氧化二鋁(Al₂O₃)、二氧化硒(SeO₂)、氧化鉛(PbO)、三氧化二鉻(Cr₂O₃)、氧化鉀(K₂O)、三氧化鎢(WO₃)、三氧化二鉍(Bi₂O₃)、二氧化錳(MnO₂)、氧化鎳(NiO)、三氧化二釤(Sm₂O₃)、二氧化鍺(GeO₂)、五氧化二磷(P₂O₅)、氟化鋅(ZnF₂)、三氧化二銦(In₂O₃)、三氧化二鎵(Ga₂O₃)及其衍生物。
如請求項1或2所述之用於太陽能電池之導電漿，其中該填充材料之粒子粒徑為0.1~10微米。
如請求項1或2所述之用於太陽能電池之導電漿，其中該有機載體包括二乙二醇單丁醚、乙基纖維素或氫化蓖麻油。
如請求項1或2所述之用於太陽能電池之導電漿，其中該導電漿係形成於太陽能電池之矽基材之正面之上。