CN101345263B - 太阳能硅光电池用无铅电子浆料组成及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太阳能硅光电池用无铅电子浆料组成及制备方法，浆料由质量百分比70～75％的铝粉、20～25％有机粘合剂、1～5％无机玻璃粉、1～5％添加剂经过制备后获得；所述铝粉为纯度≥99.9％、平均粒径为2～6μm且表面覆盖有氮化铝保护层的球形铝粉；同时加入有机粘合剂：乙基纤维素、树脂、十六醇、二乙二醇甲醚、二乙二醇丁醚、松油醇、正丁醇组成；无机玻璃粉为二氧化硅，硼酸，氧化铝，氧化锑，氧化锆；添加剂为司班，泵油组成。本方法制得的产品不起灰，无铝剥离现象，达到无铅化环保要求。
Description
技术领域：
本发明涉及太阳能硅光电池用电子浆料，特别是涉及一种无铅电子浆料制备方法。
背景技术：
太阳能是取之不尽，无污染、无噪音的新能源。太阳能电池是直接将太阳能变成电能的绿色环保型可再生能源半导体器件。其电子浆料制备多采用银浆、银铝浆、铝浆配制。铝浆具有价格便宜，电性能稳定。铝和硅易于形成PN结，具有长波响应特性，与硅晶片或陶瓷基片具有良好的欧姆接触特性，又具有良好的抗老化性。因此铝电子浆料被选作硅太阳能电池的背面场的材料。
为了减少电子产品在制造使用过程中对环境的污染，国内外许多国家都为有害物质限制使用立法。2003年欧盟发布了《电子垃圾处理法》，其中包括了两个指令，其一：《关于电子电器设备指令》；特别是第二个指令《关于在电子电器设备中禁止使用某些有害的物质指令》即RoHS，要求出口到欧盟市场的电子产品不能含有铅、汞、镉、聚溴联苯和聚溴二苯等六种有害物质，并且规定导电浆料中的铅含量应小于100ppm，Cd小于5ppm，Cr小于100ppm，Hg小于2ppm，多溴联苯/多溴二苯醚(PBB/PBDE)小于5ppm。该指令于2006年7月开始实行。我国信息产业部颁布了《电子信息产品污染控制管理办法》，内容与RoHS类似，该管理办法于2006年7月1日起实施。
申请人为谭富彬申请的中国专利，公开号CN1877864A，其发明涉及了一种硅太阳能电池背场铝导电浆料组成及制备方法，其浆料中无机粘合剂玻璃剂金属粉中包含按质量百分比氧化铅40-50％。
公知的太阳能硅光电池铝电子浆料所用无机玻璃粉一般均含铅，浆料制作使用过程中会对环境造成污染。
发明内容：
本发明是提供一种太阳能硅光电池用无铅电子浆料组成及制备方法，该无铅电子浆料经丝网印刷、830±2℃范围内烧结在硅片上，硅片不弯曲，不起铝珠，不起疱，无铝沟，能形成良好欧姆接触，光电转换效率＞17.2％，组件用EVA粘结，EVA粘结剥离不起灰剥皮，达到无铅化环保要求。
为解决以上技术问题，本发明的一种太阳能硅光电池用无铅电子浆料组成及制备方法，其创新点在于：浆料由质量百分比70～75％的铝粉、20～25％有机粘合剂、1～5％无机玻璃粉、1～5％添加剂组成，总量100％；所述铝粉为纯度≥99.9％、平均粒径为2～6μm且表面覆盖有氮化铝保护层的球形铝粉；所述有机粘合剂按质量百分比乙基纤维素1～3％、树脂0.5～1.5％、十六醇1～4％、二乙二醇甲醚8～10％、二乙二醇丁醚3～7％、松油醇70～80％、正丁醇10～20％组成，总量100％；所述无机玻璃粉按质量百分比二氧化硅2～4％，硼酸50～70％，氧化铝2～4％，氧化锑20～30％，氧化锆2～5％组成，总量100％；所述添加剂为按质量百分比的司班35～45％，泵油55～65％组成，总量100％。
所述的有机粘合剂按质量百分比的乙基纤维素2％、树脂1％、十六醇2％、二乙二醇甲醚8％、二乙二醇丁醚4％、松油醇70％、正丁醇13％组成。
所述的无机玻璃粉为无铅玻璃粉，由按质量百分比二氧化硅3％，硼酸65％，氧化铝3％，氧化锑25％，氧化锆4％组成。
所述的太阳能硅光电池用无铅电子浆料组成及制备方法，包括以下步骤：
A、将组成有机粘合剂的原料溶解至固体溶完为止，得到透明的有机粘合剂。
B、将组成无机玻璃粉的原料充分混合均匀后，装入瓷坩埚中，在烘箱中在一定温度下烘若干小时后，放入高温炉中，高温熔制1～2h，水淬后烘干，再装入坩埚中用高温熔制1～2h，水淬烘干后破碎，按氧化锆球∶超纯水∶玻璃粉＝3∶2∶1球磨至≤8μm，烘干得无机玻璃粉。
C、将所述铝粉、有机粘合剂、无机玻璃粉、添加剂混合均匀后，用三辊研磨机研磨，得产品无铅电子浆料。
所述有机粘合剂溶解温度为90℃～130℃。
所述无机玻璃粉在烘箱中烘干温度为：110℃～130℃。
所述无机玻璃粉在烘箱中烘干时间为1～3h。
所述无机玻璃粉在高温炉中的温度为950℃～1200℃。
所述无机玻璃粉在坩埚中的温度为950℃～1200℃。
所述步骤C中用三辊研磨机研磨的细度为17.5～25μm，粘度为25000～30000mpa·s。
本发明与公知技术相比具有的优点及积极效果：
(1)、本发明中，无机玻璃粉中的氧化锑可以提高浆料的电导性能，氧化锆可以细化浆料的纳米晶结构；通过氧化锑和氧化锆二者共掺改善浆料的电性能和化学稳定性能。另外，纯度在99.9％以上，粒径为2～6μm且表面是由氮气层保护的球形铝粉，能使制备的浆料不仅满足电性能，还可以使硅片烧结后弯曲小，不起铝珠，无铝沟，铝膜光滑。从而使浆料烧结后铝膜对基片附牢固，形成良好的欧姆接触，提高光电转换效率。
(2)使用司班和扩散泵油作添加剂改善浆料的过网性能。
(3)机粘合剂中的乙基纤维素、树脂、十六醇、二乙二醇甲醚、二乙二醇丁醚、松油醇、正丁醇分别起着有机溶剂和增稠剂的作用，起着控制浆料的流变特性，调节浆料的粘稠度，使固体形态的导电相、粘结相和其他作用的固体微粒混合物分散成具有流体特性的浆料，以便于转印到基板上。
(4)本发明在生产过程中，将无机玻璃进行二次熔制，使其所有无机原料得到充分熔解，将其与铝粉配比后，得到该铝电子浆料，在烧结过程中，不出现无机物结晶现象。另外，在本浆料中，降低无机玻璃粉和增加铝粉，其作用是在于：该浆料印刷在硅片，经过烧结后，使硅片弯曲小，不起铝珠，无铝沟，铝膜光滑。从而使浆料烧结后铝膜对基片附牢固，形成良好的欧姆接触，提高光电转换效率。
综上所述，本发明通过不同的比例配比，该无铅电子浆料经丝网印刷、830±2℃范围内烧结在硅片上，硅片不弯曲，不起铝珠，不起疱，无铝沟，能形成良好欧姆接触，光电转换效率＞17.2％，组件用EVA粘结，不起灰，无铝剥离现象，达到无铅化环保要求。
具体实施方式
实例一
1、有机粘合剂
按质量百分比的乙基纤维素2％、树脂1％、十六醇2％、二乙二醇甲醚8％、二乙二醇丁醚4％、松油醇70％、正丁醇13％组成。
2、无机玻璃粉
无机玻璃粉为无铅玻璃粉，由按质量百分比二氧化硅3％，硼酸65％，氧化铝3％，氧化锑25％，氧化锆4％组成。
3、铝粉：为纯度在99.9％以上，粒径为2～3μm且表面是由氮气层保护的球形铝粉。
4、添加剂：司班40％，泵油60％。
5、制备无铅电子浆料。
铝粉73％，有机粘合剂23％，无机玻璃粉1.5％，添加剂2.5％混合后用三辊研磨机研磨至细度为17.5～25μm，粘度为25000～30000mpa·s得到无铅电子浆料。
上述所得无铅电子浆料在生产线试用：腐蚀前，单晶硅规格125×125mm，厚度240μm，印刷前厚度为180μm，印刷丝网320目，自动印刷机印刷，印刷厚度为每片用浆0.7g，烘干温度200℃约3分钟，烘干铝膜无脱落现象，换另一面印刷正面银浆，烘干后进隧道炉烧结，烧结温度830±2℃，周期1.5分钟，峰值温度时间约20秒，出炉后测电性能(平均值)，光电转换效率＞16.8％。
用游标卡尺测定弯曲0.50-0.80mm之间。铝膜灰色、光滑、无铝珠、无铝沟、不起疱、不掉灰，组件用EVA粘结铝膜无剥离现象，完全达到无铅环保要求。
实例二：
1、有机粘合剂
按质量百分比的乙基纤维素1％、树脂0.5％、十六醇3％、二乙二醇甲醚8.5％、二乙二醇丁醚4％、松油醇70％、正丁醇13％组成。
2、无机玻璃粉
无机玻璃粉为无铅玻璃粉，由按质量百分比二氧化硅2％，硼酸63％，氧化铝4％，氧化锑26％，氧化锆5％组成。
3、铝粉：为纯度在99.9％以上，粒径为4～5μm且表面是由氮气层保护的球形铝粉。
4、添加剂：司班45％，泵油55％。
5、制备无铅电子浆料
铝粉75％，有机粘合剂20％，无机玻璃粉2％，添加剂3％混合后用三辊研磨机研磨至细度为17.5～25μm，粘度为25000～30000mpa·s得到无铅电子浆料。
上述所得无铅电子浆料在生产线试用：单晶硅规格125×125mm，厚度240μm(腐蚀前)，印刷前厚度为180μm，印刷丝网320目，自动印刷机印刷，印刷厚度为每片用浆0.7g，烘干温度280℃约3分钟，烘干铝膜无脱落现象，换另一面印刷正面银浆，烘干后进隧道炉烧结，烧结温度830±2℃，周期1.9分钟，峰值温度时间约18秒，出炉后测电性能(平均值)，光电转换效率＞17.2％。
用游标卡尺测定弯曲0.50-0.80mm之间。铝膜灰色、光滑、无铝珠、无铝沟，不起疱、不掉灰，组件用EVA粘结铝膜无剥离现象，完全达到无铅环保要求。
Claims (5)
1.一种太阳能硅光电池用无铅电子浆料，其特征在于，由质量百分比70～75％的铝粉、20～25％的有机粘合剂、1～5％的无机玻璃粉、1～5％的添加剂组成，总量100％，
所述铝粉为纯度≥99.9％、平均粒径为2～6μm且表面覆盖有氮化铝保护层的球形铝粉，
所述有机粘合剂由按质量百分比的乙基纤维素1～3％、树脂0.5～1.5％、十六醇1～4％、二乙二醇甲醚8～10％、二乙二醇丁醚3～7％、松油醇70～80％、正丁醇10～20％组成，总量100％，
所述无机玻璃粉由按质量百分比的二氧化硅2～4％，硼酸50～70％，氧化铝2～4％，氧化锑20～30％，氧化锆2～5％组成，总量100％，
所述添加剂由按质量百分比的司班35～45％，泵油55～65％组成，总量100％。
2.根据权利要求1所述的太阳能硅光电池用无铅电子浆料，其特征在于，所述的有机粘合剂由按质量百分比的乙基纤维素2％、树脂1％、十六醇2％、二乙二醇甲醚8％、二乙二醇丁醚4％、松油醇70％、正丁醇13％组成。
3.根据权利要求1所述的太阳能硅光电池用无铅电子浆料，其特征在于，所述的无机玻璃粉为无铅玻璃粉，由按质量百分比的二氧化硅3％，硼酸65％，氧化铝3％，氧化锑25％，氧化锆4％组成。
4.制备权利要求1所述的太阳能硅光电池用无铅电子浆料的方法，其特征在于，按以下步骤完成：
A、将组成有机粘合剂的原料在90℃～130℃下溶解至固体溶完为止，得到透明的有机粘合剂；
B、将组成无机玻璃粉的原料充分混合均匀后，装入瓷坩埚中，在烘箱中110℃～130℃下烘1～3h，放入高温炉中，950℃～1200℃下熔制1～2h，水淬后烘干，再装入坩埚中950℃～1200℃下熔制1～2h，水淬烘干后破碎，按氧化锆球∶超纯水∶玻璃粉＝3∶2∶1，球磨至≤8μm，烘干得无机玻璃粉；
C、将所述铝粉、有机粘合剂、无机玻璃粉、添加剂混合均匀后，用三辊研磨机研磨，得产品无铅电子浆料。
5.根据权利要求4所述的太阳能硅光电池用无铅电子浆料的制备方法，其特征在于，所述步骤c中用三辊研磨机研磨的细度为17.5～25μm，粘度为25000～30000mpa·s。
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