专利名称：铝浆料和使用其的太阳能电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种铝浆料和使用这种铝浆料的太阳能电池。更具体而言，本发明涉及一种铝浆料，其包含锑氧化物以降低翘曲现象和珠状物的产生而同时改进光电转换效率，并涉及使用这种铝浆料的太阳能电池。
背景技术：
近来，由于化石燃料如石油和煤日渐枯竭，利用太阳光作为备选能源的太阳能电池已经吸引了诸多注意。一般而言，太阳能电池利用半导体器件，直接将太阳光能转换成电能。半导体器件一般采用硅材料制作。如图1中所示，太阳能电池包含具有p-n结结构的硅晶片10，形成于硅晶片10的上表面上而用于容许太阳光有效吸收与太阳能电池内的防反射膜20，以及分别印刷于硅晶片10的上下表面上而从硅晶片10中提取电能的前后电极30，40。前电极30 —般由银(Ag)浆料构成而后电极一般由铝(Al)浆料构成而改进光电转换效率。另外，如果不在硅晶片10上形成防反射膜20，则硅晶片10可以经过表面粗糙化而降低进入硅晶片10的太阳光发生的反射。在具有这种设计结构的太阳能电池中，当阳光吸收到硅晶片中时，电子㈠和空穴(+)就由吸收的光在其中产生。所产生的电子(-)和空穴(+)通过在晶片中P-区和η-区之间的P-n结中由于电势差而彼此分离开而使电子向η-区移动而空穴向P-区移动。按照这种方式，电子(_)和空穴(+)分别通过前电极和后电极收集，由此后电极构成正极而前电极构成负极而进行供电。—般而言，太阳能电池的后电极通过将铝浆料印刷于硅晶片上，接着通过烧结和调制而进行制备。然而，传统上在太阳能电池制作中，由于晶片和后电极之间在烧结时热膨胀系数的差异而产生的应力导致晶片扭曲和弯曲，这就称之为翘曲现象，或导致光电转换
效率变差。而且，尽管太阳能电池的制作成本降低需要降低晶片的厚度，但是由于晶片厚度降低而使翘曲现象变得更为严重。因此，晶片厚度的降低导致产品缺陷而增加了太阳能电池制作成本。为了解决这种问题，韩国专利No. 798258公开了一种含有无定形二氧化硅的导电性组合物而美国专利出版物No. 2009/0255583公开了一种含有有机锡组分的铝浆料。然而，由于这些添加剂提供的翘曲现象的下降可忽略不计，因此仍然需要一种能够更为有效地抑制翘曲现象的铝浆料。
发明内容
本发明的一方面提供了一种铝浆料。在一个具体实施方式
中，这种铝浆料包含铝粉；有机载体；以及锑氧化物。本文中，锑氧化物基于所述浆料的总重量而按照0. OOlwt%至小于1.0Wt%的用量存在。锑氧化物可以包含选自SId203、Sb2O4和SId2O5中的至少之一。锑氧化物可以包括具有0. 01 10 · ·的平均粒径的锑氧化物粉末。锑氧化物可以采用球形粉末的形式。铝粉基于所述浆料的总重量而按照60wt% SOwt %的用量存在。这种铝粉可以具有0. 1 10 · ·的平均粒径。有机载体基于所述浆料的总重量可以按照0. Iwt % 40wt%的用量存在。有机载体可以包括丙烯酸树脂或纤维素粘合剂树脂。有机载体可以包含选自己烷、甲苯、乙基溶纤剂、环己酮、丁基溶纤剂、丁基卡必醇 (二乙二醇单丁基醚)、二丁基卡必醇(二乙二醇二丁基醚)、丁基卡必醇乙酸酯(二乙二醇单丁基醚乙酸酯)、丙二醇单甲醚、己二醇、松油醇、甲基乙基酮、苄醇、Y - 丁内酯、和乳酸乙酯中的至少一种溶剂。这种铝浆料可以进一步包含玻璃粉。玻璃粉基于所述浆料的总重量可以按照0. 01wt% 20wt%的用量加入。玻璃粉可以包括选自氧化锌-氧化硅(SiO-SiO2)、氧化锌-氧化硼-氧化硅 (ZnO-B2O3-SiO2)、氧化锌-氧化硼-氧化硅-氧化铝(ZnO-B2O3-SiO2-Al2O3)、氧化铋-氧化硅(Bi2O3-SiO2)、氧化铋-氧化硼-氧化硅(Bi2O3-B2O3-SiO2)、氧化铋-氧化硼-氧化硅-氧化铝(Bi2O3-B2O3-SiO2-Al2O3)、氧化铋-氧化锌-氧化硼-氧化硅(Bi2O3-ZnO-B2O3-SiO2)和氧化铋-氧化锌-氧化硼-氧化硅-氧化铝(Bi2O3-ZnO-B2O3-SiO2-Al2O3)中的至少之一。这种铝浆料可以进一步包含分散剂。分散剂可以选自硬脂酸、棕榈酸、肉豆蔻酸、油酸和月桂酸中的至少之一。本发明另一方面提供了一种太阳能电池，其包含使用这种铝浆料制备的后电极。 在一个具体实施方式
中，这种铝浆料包含铝粉；有机载体；以及基于所述浆料的总重量用量0. 001wt%至小于1. 0wt%的锑氧化物。
本发明的以上和其它方面、特点和优点结合附图由以下详细描述而会变得显而易见，其中图1是传统太阳能电池的侧剖面视图。图2是包含由根据本发明一个示例性具体实施方式
的这种铝浆料所形成的后电极的太阳能电池的侧剖面视图。
具体实施例方式下面将参照附图详细描述本发明的具体实施方式
。本发明的各方面提供了一种包含锑氧化物的铝浆料，以及使用这种铝浆料的太阳能电池。这种铝浆料可以包含铝粉、锑氧化物粉末、有机载体、玻璃粉、分散剂等。碰铝粉可以具有纳米级或微米级的粒径。例如，铝粉可以具有几十个纳米至几百个纳米或几个微米至几十个微米的粒径。铝粉可以是具有两种或多种不同粒径的铝粉的混合物。基于所述浆料的总重量，铝粉可以按照40 90wt%，优选60 80wt%的用量存在，但不仅限于此。在此范围内，铝粉可以改善可印刷性和物理附着强度而同时降低电极的内阻(固有电阻)。铝粉可以采用球形粉末的形式。然而，在根据本发明实施方式的浆料中的铝粉并不仅限于此而可以具有各种形状如薄片状或无定形形状。铝粉可以具有0. 01 20 · ，优选0. 1 10 · ，而更优选1 5 · ·的平均粒
径，但是并不仅限于此。铝粉的粒径可以通过Model 1064D(CILAS Co. ,Ltd.)进行测定。粒径测定可以在于室温下将铝粉利用超声波持续:3min分散于作为溶剂的异丙醇(IPA)中之后进行。本文中，锑氧化物粉末和玻璃粉的粒径的测定方法与铝粉的测定方法相同。铝粉可以包含其它的金属组分(或金属性组分)。例如，铝粉可以包含金、银、铜等。可替换地，铝粉可以是含铝的合金粉末。铝粉可以包含在空气或在惰性气体状态下喷雾(sprayed)的铝。铝粉也可以通过脉冲电路蒸发方法(pulsed wire evaporation method)进行制备。锑氧化物当锑氧化物在这种浆料中以合适的量存在时，就可能有效防止翘曲现象。基于这种浆料的总重量，锑氧化物可以按照0. 001wt%至小于1.0Wt%的用量存在。在锑氧化物的这个范围内，这种浆料可以显著地防止翘曲现象并抑制热水测试中的气泡产生。锑氧化物可以选自三氧化锑(Sb2O3)、四氧化锑(Sb2O4)和五氧化锑(Sb2O5)之中的至少之一。三氧化锑可以通过在空气中灼烧锑或硫化锑而使其升华，或通过将锑溶解于硫酸或硝酸中接着通过在稀碱溶液中加热并水解而进行生产。四氧化锑以天然的矿物黄锑矿存在，并且可以通过在空气中加热三氧化锑或五氧化锑进行生产。五氧化锑可以通过锑或其它锑氧化物的氧化而进行生产。锑氧化物可以采用球形的锑氧化物粉末形式，但是并不仅限于此。在一个具体实施方式
中，锑氧化物粉末可以是具有平均粒径0.01 10 的球形粉末。而在另一种实施方式中，锑氧化物粉末可以是具有平均粒径0.01 5 · ，优选0.1 5· 的球形粉末。 在此范围内，锑氧化物提供了这种浆料可印刷性的改进和可加工性的改进，同时容许易于调节粘度。有机载体有机载体通过与根据该具体实施方式
的铝浆料的有机组分机械混合，提供了用于印刷的铝浆料的合适粘度和流变学性能。在该具体实施方式
中，有机载体可以是适用于太阳能电池电极用浆料的典型有机载体，而一般包括粘合剂树脂和溶剂。有机载体可以另外包含触变剂等。关于粘合剂树脂，可以使用丙烯酸树脂或纤维素树脂。在一个具体实施方式
中，乙基纤维素可以用作粘合剂树脂。可替换地，粘合剂树脂可以选自乙基羟乙基纤维素、硝基纤维素、乙基纤维素与酚醛树脂(phenol resin)的混合物、醇酸树脂、酚醛树脂 (phenolicresin)、丙烯酸酯树脂、二甲苯酚树脂、聚丁烯树脂、聚酯树脂、脲醛树脂、三聚氰胺树脂、醋酸乙烯酯树脂、木松香、和聚甲基丙烯酸酯之中的至少之一。
溶剂可以选自但不限于己烷、甲苯、乙基溶纤剂、环己酮、丁基溶纤剂、丁基卡必醇 (二乙二醇单丁基醚)、二丁基卡必醇(二乙二醇二丁基醚)、丁基卡必醇乙酸酯(二乙二醇单丁基醚乙酸酯)、丙二醇单甲醚、己二醇、松油醇、甲基乙基酮、苄醇、Y - 丁内酯、和乳酸乙酯之中的至少之一。基于所述浆料的总重量，有机载体可以按照0. ^^^ 仙衬^，优选Iwt % 30wt %，而更优选5wt % 30wt %的用量加入。在有机载体的此范围内，浆料可以显示出足够的附着强度和良好的可印刷性。玻璃粉玻璃粉可以包括含铅玻璃粉和无铅玻璃粉中的至少之一。例如，玻璃粉可以包含选自氧化锌-氧化硅(ZnO-SiO2)、氧化锌-氧化硼-氧化硅(ZnO-B2O3-SiO2)、氧化锌-氧化硼-氧化硅-氧化铝(ZnO-B2O3-SiO2-Al2O3)、氧化铋-氧化硅(Bi2O3-SiO2)、氧化铋-氧化硼-氧化硅(Bi2O3-B2O3-SiO2)、氧化铋-氧化硼-氧化硅-氧化铝(Bi2O3-B2O3-SiO2-Al2O3)、 氧化铋-氧化锌-氧化硼-氧化硅(Bi2O3-ZnO-B2O3-SiO2)、以及氧化铋-氧化锌-氧化硼-氧化硅-氧化铝(Bi2O3-ZnO-B2O3-SiO2-Al2O3)玻璃粉之中的至少之一。玻璃粉并不限于特定的形状，因此可以具有球形或无定形形状。玻璃粉可以具有0.1 10· 的平均粒径，但不仅限于此。基于所述浆料的总重量，玻璃粉可以按照 0. 01wt% 2(^{%，优选0.0^^% IOwt %，而更优选0. Iwt % 5wt%的用量存在。另外，玻璃粉可以从这种浆料中忽略掉。玻璃粉可以商购获得或可以通过选择性地溶解，例如，二氧化硅(SiO2)、氧化铝 (Al2O3)、氧化硼(B2O3)、氧化铋(Bi2O3)、氧化钠(Na2O)、氧化锌(ZnO)、氧化镉(CdO)、氧化钡 (BaO)、氧化锂(Li2O)、氧化铅( 和氧化钙(CaO)以提供所需的组分而进行制备。即，将通过溶解氧化物而获得的组合物加入水中而制备成玻璃粉。分散剂根据该具体实施方式
，这种浆料可以另外包含分散剂。该分散剂可以选自但不限于硬脂酸、棕榈酸、肉豆蔻酸、油酸和月桂酸。这些分散剂可以单独使用或以其两种或多种的组合进行使用。基于所述浆料的总重量，这些分散剂可以按照0. 01wt% 5wt%，而优选 0. 5wt%的用量存在。在分散剂的该范围内，这种浆料显示出优异的可分散性，同时防止烧结期间电极内阻(固有电阻)增大。其它添加剂在一个具体实施方式
中，这种浆料可以进一步包含添加剂，如稳定剂、抗氧化剂、 硅烷偶联剂、粘度控制剂等，其用量不会抑制根据本发明的这种浆料的有利效果。图2是包含采用根据本发明一个示例性具体实施方式
的铝浆料形成的后电极的太阳能电池的侧剖面视图。该太阳能电池可以由单晶硅、多晶硅或薄膜硅晶片形成。当太阳能电池由单晶硅晶片形成时，采用切克劳斯基(Czochralski)法形成硅晶片，而当太阳能电池由多晶硅晶片形成时，采用浇注法(casting method)形成硅晶片。具体而言，通过切克劳斯基(Czochralski)法或浇注法形成的硅晶锭被切成预定的厚度(例如，100 μ m)，接着通过利用Na0H、K0H、氢氟酸(fluoricacid)等进行蚀刻，以便为硅晶片提供洁净的表面。对于P-型晶片，N-层102可以通过扩散五价元素如磷⑵而形成，其中扩散层的深度可以通过控制扩散温度、时间等而确定。N-层102可以通过，例如，热扩散作用其中将P2O5涂施于硅晶片上并利用热在其上进行扩散，气相热扩散作用其中使用蒸发的 (vaporized)POCl3作为扩散源，离子注入法其中将P+粒子直接注入到硅晶片中等而形成。随后，防反射膜106就可以在N-层102上形成。防反射膜106可以通过降低太阳能电池表面上的入射光反射率而增加光吸收率，由此增大电流的产生。防反射膜106可以作为包含SiNx、TiO2, SiO2, MgO, ITO、SnO2和ZnO之中至少之一的单层或多层而形成。防反射膜106可以通过薄膜沉积工艺方法如溅射、化学气相沉积 (CVD)等形成。例如，当经由热CVD进行SiNx膜涂覆时，就可以使用二氯硅烷(SiCl2H2tl)气和氨(NH3)气作为起始原料，且该膜通常可以在700°C或更高的温度下形成。前电极108形成于防反射膜106上。前电极108可以通过丝网印刷等沉积Ag浆料而形成，而沉积于防反射膜106上的银浆料可以在烧结期间通过防反射膜连接至N-层102。后电极110采用根据该具体实施方式
的铝浆料形成于太阳能电池的背侧上，即， 在P-层104的下表面上。为了制备后电极用铝浆料，首先制备树脂溶液并制备铝粉和玻璃粉的预混合物，并通过碾磨进行分散。制备的铝浆料沉积(印刷)于P-层104的下表面上，接着进行干燥和烧结，由此完成后电极的制作。在烧结后电极的同时，背表面电场(BSF)层就可以形成于后电极上。形成BSF层的工艺方法可以在后电极形成之前实施。BSF层是指硅晶片后侧上的区域，其中导电型半导体杂质高密度扩散，而用于防止由于载流子(carrier)重新融合而产生的光电转换效率变差。例如，BSF层可以在800 1000°C下通过采用BBr3作为扩散源的热扩散而独立地形成。在另一方面，由于铝电极不能焊接，总线电极112可以形成以用于电连接。总线电极112可以通过将银浆料进行沉积和烧结而形成，这种银浆料包含银粉、有机载体、玻璃粉等。可替换地，总线电极112可以通过将包含银粉、铝粉、有机载体、玻璃粉等的银-铝浆料进行沉积和烧结而形成。接着，本发明将参照实施例进行更详细地描述，这些实施例仅以举例说明的方式提供而并非意在限制本发明的范围。在表1和2中，铝粉1为3 · ·铝粉(Goldsky Co.，Ltd.)而铝粉2为4 · ·铝粉 (Jinmao Co.，Ltd.)。每一组分的比率都是基于所述浆料的总重量的重量百分比(wt% )。表 权利要求
1.一种铝浆料，包含铝粉、有机载体和锑氧化物，其特征在于所述锑氧化物基于所述浆料的总重量，按照0. OOlwt^至小于1. 0Wt%的用量存在。
2.根据权利要求1所述的铝浆料，其特征在于所述锑氧化物包含选自Sb203、Sb2O4和 Sb2O5中的至少之一。
3.根据权利要求1所述的铝浆料，其特征在于所述锑氧化物包含的锑氧化物粉末具有 0. 01 10 · ·的平均粒径。
4.根据权利要求1所述的铝浆料，其特征在于所述锑氧化物采用球形粉末的形式。
5.根据权利要求1所述的铝浆料，其特征在于所述铝粉基于所述浆料的总重量按照 60wt % 80wt %的用量存在。
6.根据权利要求1所述的铝浆料，其特征在于所述铝粉具有0.1 10 ··的平均粒径。
7.根据权利要求1所述的铝浆料，其特征在于所述有机载体基于所述浆料的总重量按照0. Iwt % 40wt%的用量存在。
8.根据权利要求1所述的铝浆料，其特征在于所述有机载体包含丙烯酸树脂或纤维素粘合剂树脂。
9.根据权利要求1所述的铝浆料，其特征在于所述有机载体包含选自己烷、甲苯、乙基溶纤剂、环己酮、丁基溶纤剂、丁基卡必醇(二乙二醇单丁基醚)、二丁基卡必醇(二乙二醇二丁基醚)、丁基卡必醇乙酸酯(二乙二醇单丁基醚乙酸酯)、丙二醇单甲醚、己二醇、松油醇、甲基乙基酮、苄醇、Y-丁内酯、和乳酸乙酯中的至少一种溶剂。
10.根据权利要求1所述的铝浆料，其特征在于进一步含有玻璃粉。
11.根据权利要求10所述的铝浆料，其特征在于所述玻璃粉基于所述浆料的总重量按照0. 01wt% 20wt%的用量存在。
12.根据权利要求10所述的铝浆料，其特征在于所述玻璃粉包含选自氧化锌-氧化硅(SiO-SiO2)、氧化锌-氧化硼-氧化硅(ZnO-B2O3-SiO2)、氧化锌-氧化硼-氧化硅-氧化铝(ZnO-B2O3-SiO2-Al2O3)、氧化铋-氧化硅(Bi2O3-SiO2)、氧化铋-氧化硼-氧化硅 (Bi2O3-B2O3-SiO2)、氧化铋-氧化硼-氧化硅-氧化铝(Bi2O3-B2O3-SiO2-Al2O3)、氧化铋-氧化锌-氧化硼-氧化硅(Bi2O3-ZnO-B2O3-SiO2)、以及氧化铋-氧化锌-氧化硼-氧化硅-氧化铝(Bi2O3-ZnO-B2O3-SiO2-Al2O3)玻璃粉中的至少之一。
13.根据权利要求1所述的铝浆料，其特征在于进一步含有分散剂。
14.根据权利要求13所述的铝浆料，其特征在于所述分散剂是选自硬脂酸、棕榈酸、肉豆蔻酸、油酸、和月桂酸中的至少之一。
15.一种太阳能电池，包含使用铝浆料制备的后电极，其特征在于所述铝浆料包含铝粉；有机载体；和基于所述浆料总重量的0. 001wt%至小于1. 0wt%的锑氧化物。
全文摘要
本发明提供了一种铝浆料和使用这种铝浆料的太阳能电池。这种铝浆料包含铝粉、有机载体和锑氧化物。基于所述浆料的总重量，这种锑氧化物按照0.001wt％至小于1.0wt％的用量存在。使用这种铝浆料的太阳能电池减少了翘曲现象，无珠状物产生，并显示出优异的光电转换效率。
文档编号H01L31/0224GK102376380SQ201010604778
公开日2012年3月14日 申请日期2010年12月23日 优先权日2010年8月12日
发明者冈本珍范, 李秉喆, 金东奭, 金载昊, 金铉敦 申请人:第一毛织株式会社