TW201618319A - 用於太陽能電池製程之導電助劑及使用該導電助劑的導電漿料 - Google Patents
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Abstract
一種用於太陽能電池製程之導電助劑及使用該導電助劑的導電漿料，該導電助劑包含一導電碳材、一溶劑、一分散劑及一消泡劑，該導電碳材之成分比例介於1 wt.％至20 wt.％，該溶劑之成分比例介於58 wt.％至99 wt.％，該分散劑之成分比例介於0.1 wt.％至20 wt.％，該消泡劑之成分比例＜2 wt.％，其中，該導電碳材為奈米碳管或石墨烯。由於採用該導電碳材，使該導電助劑及該導電漿料具有高導電性、結構穩定性以及低成本等特性，當製成該導電漿料時，可降低導電銀粉體所佔比例，進而降低所需之成本。
Description
本發明為有關一種用於太陽能電池之化學材料，尤指一種用於太陽能電池製程之導電助劑及使用該導電助劑的導電漿料。
能源一般分為耗竭性能源以及可再生能源兩種，而現今所常用的原油、天然氣、煤及鈾等因礦產蘊藏有限，故屬耗竭性能源，其消耗的速度遠大於其再生速度，因此耗竭性能源一旦耗盡，將不能開採出更多的可用儲備供將來使用，使得全世界面臨能源短缺的危機；兼且，燃燒使用耗竭性能源時所排放出的二氧化碳，使得全球二氧化碳排放量日漸增加，二氧化碳所帶來的負面溫室效應，對地球氣候生態形成嚴重影響，因此世界各國無不積極尋找替代原料。目前主要的再生能源包含太陽能、水力、風力及生質能源等，由於太陽光無污染、隨處可得、取之不竭，且太陽能裝置具有安全性及安裝方便的特性，因此成為再生能源中最受矚目的產業。
目前市場上最常見的太陽能電池為多晶矽太陽能電池，其結構包含一個用來作為電池的多晶矽半導體以及作為電極使用的導電漿，而導電漿的作用，係用來收集太陽能電池所產生的電能，再傳輸至電池外。導電漿料在太陽能模組的轉換效率上扮演至為關鍵角色，可以使太陽能電池獲得更高的轉換效率。
太陽能電池用的導電漿包含了鋁漿、銀漿和銀鋁漿三種，銀漿主要用來當做太陽能電池的正面電極，鋁漿作為背面電極與電場增加電池轉換效率，而銀鋁漿則應用於太陽能電池背面作為模組串連之導線。
然而，由於金屬屬於消耗性的材料，其於自然界中的存量會隨著使用量以及時間的增加而持續減少，其價格亦會隨著存量減少而持續上揚。
以太陽能電池的成本結構中，漿料為除了矽晶圓外，影響太陽能電池成本最重要的材料，估計導電漿占電池的成本約10%的水準，而隨著多晶矽價跌，未來導電漿占電池成本比重愈來愈高，因此，如何降低導電漿成本以及提升導電漿的導電率，便成了現今太陽能電池產業所面臨的課題。
本發明的主要目的，在於降低太陽能電池所需之製程成本。
為達上述目的，本發明提供一種用於太陽能電池製程之導電助劑，包括一導電碳材、一溶劑、一分散劑以及一消泡劑，該導電碳材之成分比例介於1 wt.％至20 wt.％之間，且該導電碳材選自於奈米碳管、石墨烯及其組合所組成之群組，該溶劑之成分比例介於58 wt.％至99 wt.％之間，該分散劑之成分比例介於0.1 wt.％至20 wt.％之間，該消泡劑之成分比例＜2 wt.％。
為達上述目的，本發明更提供一種用於太陽能電池製程之導電漿料，包含一如上述之用於太陽能電池製程之導電助劑、一固化用樹脂、一導電銀粉體、一玻璃粉體、一觸變劑以及一潤濕劑，該導電助劑的成分比例介於1 wt.％至30 wt.％之間，該固化用樹脂的成分比例介於3 wt.％至10 wt.％之間，該導電銀粉體之成分比例介於50 wt.％至90 wt.％之間，該玻璃粉體的成分比例介於0.5 wt.％至5 wt.％，該觸變劑的成分比例介於0.5 wt.％至5 wt.％之間，該潤濕劑的成分比例介於0.5 wt.％至5 wt.％之間。
綜合上述，本發明的特點在於該導電助劑及該導電漿料含有該導電碳材，由於奈米碳管、石墨烯兼具高導電性、結構穩定性之特性，故可部分取代習知太陽能製程所慣用之導電銀粉體，又因該導電碳材取得方便，且材料成本低於導電銀粉體，故可降低所需之製程成本，且仍能維持應有的導電特性。
本發明提供一種用於太陽能電池製程之導電助劑及使用該導電助劑的導電漿料，該導電助劑包含一導電碳材、一溶劑、一分散劑以及一消泡劑，該導電碳材之成分比例介於1 wt.％至20 wt.％之間，該溶劑的成分比例介於58 wt.％至99 wt.％之間，該分散劑用以使該導電碳材均勻分散於該溶劑中且其成分比例介於0.1 wt.％至20 wt.％之間，該消泡劑之成分比例＜2 wt.％，其中，該導電碳材為奈米碳管、石墨烯或是兩者的混合物。
於本發明之一實施例中，該溶劑可選用醇、醇酯、萜烯類、松油醇、鄰苯二甲酸二丁酯（Dibutyl phthalate, DBP）、丁基卡必醇、松節油、乙二醇丁醚、丁基卡必醇醋酸酯、乙二醇乙醚醋酸酯、檸檬酸三丁酯、二乙二醇單丁醚乙酸酯、鄰苯二甲酸二丁酯、磷酸三丁酯、二甲基乙醯胺（Dimethylacetamide, DMAC）、十二醇酯或檸檬酸三丁酯等化學溶劑，端視該導電漿料內之化學原料的種類與極性來選擇適合之溶劑，並不限於上述所提；該分散劑可選用十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉或膽鹽(Sodium cholate, NaC)；而該消泡劑則可選用聚乙烯醇矽酮共聚合物或非離子乙氧基全氟素界面活性劑。
此外，本發明更提供一種用於太陽能電池製程之的導電漿料，係使用上述之導電助劑，除包含該導電助劑外，該導電漿料還包含一固化用樹脂、一導電銀粉體、一玻璃粉體、一觸變劑以及一潤濕劑，該導電助劑的成分比例介於1 wt.％至30 wt.％之間，該固化用樹脂的成分比例介於3 wt.％至10 wt.％之間，該導電銀粉體之成分比例介於50 wt.％至90 wt.％之間，該玻璃粉體的成分比例介於0.5 wt.％至5 wt.％之間，該玻璃粉體的成分比例介於0.5 wt.％至5 wt.％之間，該潤濕劑的成分比例介於0.5 wt.％至5 wt.％之間。
於本發明的一實施例中，該導電銀粉體的平均粒徑(D50)介於0.5微米至2微米之間，且形狀可為球狀或是片狀，該玻璃粉體之平均粒徑(D50)介於500奈米至3微米之間，且該玻璃粉體的玻璃轉移溫度(Glass Transition Temperature, Tg
)介於350℃至500℃之間，該固化用樹脂可選擇乙基纖維素、聚甲基丙烯酸酯或是醇酸樹脂，該觸變劑可選擇氫化蓖麻油衍生物或是聚酰胺蠟，而該潤濕劑可選擇十六醇、十八醇、山梨醇三油酸酯、卵磷脂或松油醇。
本發明更提供一種使用導電漿料製備太陽能電池的方法，其包含下列步驟：
S1：先將該導電碳材、該溶劑、該分散劑以及該消泡劑混合形成該導電助劑，該導電碳材之成分比例介於1 wt.％至20 wt.％之間，該溶劑的成分比例介於58 wt.％至99 wt.％之間，該分散劑的成分比例介於0.1 wt.％至20 wt.％之間，該消泡劑之成分比例＜2 wt.％，且該導電碳材為奈米碳管、石墨烯或是兩者的混合物。
S2：將該導電助劑與該固化用樹脂、該導電銀粉體、該玻璃粉體、該觸變劑及該潤濕劑混合形成該導電漿料，該導電助劑的成分比例介於1 wt.％至30 wt.％之間，該固化用樹脂的成分比例介於3 wt.％至10 wt.％之間，該導電銀粉體之成分比例介於50 wt.％至90 wt.％之間，該玻璃粉體的成分比例介於0.5 wt.％至5 wt.％之間，該玻璃粉體的成分比例介於0.5 wt.％至5 wt.％之間，該潤濕劑的成分比例介於0.5 wt.％至5 wt.％之間。
S3：將該導電漿料塗佈於一太陽能電池基板上，形成一待處理太陽能基板。
S4：將該待處理太陽能基板於一燒結爐中進行一第一燒結製程，該第一燒結製程之氣氛為空氣。該待處理太陽能基板係於該燒結爐中被加熱至一第一燒結溫度，該第一燒結溫度介於200℃～500℃之間。於該第一燒結製程中，該導電漿料中的有機物會與氧氣反應而揮發去除。
S5：將該待處理太陽能基板於該燒結爐中進行一第二燒結製程，該第二燒結製程之氣氛為一真空環境。該待處理太陽能基板係於該燒結爐中被加熱至一第二燒結溫度，該第二燒結溫度介於500℃～1000℃之間。於該第二燒結製程下，由於該第二燒結溫度高於該導電漿料的玻璃粉體的玻璃轉移溫度，因此該玻璃粉體會開始融化，進而使得該導電漿料內的該導電銀粉體及該導電碳材融合而共同形成導電通路。
綜上所述，本發明具有下列特點：
一、由於該導電助劑及該導電漿料含有該導電碳材，而奈米碳管、石墨烯兼具高導電性、結構穩定性之特性，可部分取代習知太陽能製程所慣用之導電銀粉體，又因該導電碳材取得方便，且材料成本低於導電銀粉體，故可降低所需之製程成本，且仍能維持應有的導電特性。
二、藉由該第一燒結製程與該第二燒結製程在溫度以及環境上的不同，避免該導電碳材在大氣環境下因高溫的燒結製程而分解。
因此本發明極具進步性及符合申請發明專利的要件，爰依法提出申請，祈 鈞局早日賜准專利，實感德便。
以上已將本發明做一詳細說明，惟以上所述者，僅爲本發明的一較佳實施例而已，當不能限定本發明實施的範圍。即凡依本發明申請範圍所作的均等變化與修飾等，皆應仍屬本發明的專利涵蓋範圍內。
S1～S5‧‧‧步驟
圖1，為本發明之太陽能電池製程步驟流程圖。
S1~S5‧‧‧步驟
Claims (11)
- 一種用於太陽能電池製程之導電助劑，包含： 一導電碳材，該導電碳材之成分比例介於1 wt.％至20 wt.％之間，其中該導電碳材選自於奈米碳管、石墨烯及其組合所組成之群組； 一溶劑，該溶劑之成分比例介於58 wt.％至99 wt.％之間； 一分散劑，該分散劑之成分比例介於0.1 wt.％至20 wt.％之間；以及 一消泡劑，該消泡劑之成分比例＜2 wt.％。
- 如申請專利範圍第1項所述之用於太陽能電池製程之導電助劑，其中該溶劑選自於醇、醇酯、萜烯類、松油醇、鄰苯二甲酸二丁酯、丁基卡必醇、松節油、乙二醇丁醚、丁基卡必醇醋酸酯、乙二醇乙醚醋酸酯、檸檬酸三丁酯、二乙二醇單丁醚乙酸酯、鄰苯二甲酸二丁酯、磷酸三丁酯、二甲基乙醯胺、十二醇酯及檸檬酸三丁酯所組成之群組。
- 如申請專利範圍第1項所述之用於太陽能電池製程之導電助劑，其中該分散劑選自於十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉以及膽鹽所組成之群組。
- 如申請專利範圍第1項所述之用於太陽能電池製程之導電助劑，其中該消泡劑選自於聚乙烯醇矽酮共聚合物或非離子乙氧基全氟素界面活性劑。
- 一種用於太陽能電池製程之導電漿料包含： 一如申請專利範圍第1項所述之用於太陽能電池製程之導電助劑，該導電助劑的成分比例介於1 wt.％至30 wt.％之間； 一固化用樹脂，該固化用樹脂的成分比例介於3 wt.％至10 wt.％之間； 一導電銀粉體，該導電銀粉體之成分比例介於50 wt.％至90 wt.％之間； 一玻璃粉體，該玻璃粉體的成分比例介於0.5 wt.％至5 wt.％； 一觸變劑，該觸變劑的成分比例介於0.5 wt.％至5 wt.％之間；以及 一潤濕劑，該潤濕劑的成分比例介於0.5 wt.％至5 wt.％之間。
- 如申請專利範圍第5項所述之用於太陽能電池製程之導電漿料，其中該導電銀粉體的平均粒徑介於0.5微米至2微米。
- 如申請專利範圍第5項所述之用於太陽能電池製程之導電漿料，其中該導電銀粉體的形狀為球狀或片狀。
- 如申請專利範圍第5項所述之用於太陽能電池製程之導電漿料，其中該玻璃粉體之平均粒徑介於500奈米至3微米。
- 如申請專利範圍第5項所述之用於太陽能電池製程之導電漿料，其中該固化用樹脂選自於乙基纖維素、聚甲基丙烯酸酯以及醇酸樹脂所組成之群組。
- 如申請專利範圍第5項所述之用於太陽能電池製程之導電漿料，其中該觸變劑選自於氫化蓖麻油衍生物及聚酰胺蠟之任一者。
- 如申請專利範圍第5項所述之用於太陽能電池製程之導電漿料，其中該潤濕劑選自於十六醇、十八醇、山梨醇三油酸酯、卵磷脂以及松油醇所組成之群組。
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