CN101483207A

CN101483207A - 一种环保型硅太阳能电池正面栅线电极银导体浆料

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Publication number: CN101483207A
Application number: CNA2009100604424A
Authority: CN
Inventors: 范琳
Original assignee: 范琳
Current assignee: HEBEI JINGLE OPTOELECTRONIC TECHNOLOGY Co.,Ltd.
Priority date: 2009-01-07
Filing date: 2009-01-07
Publication date: 2009-07-15
Anticipated expiration: 2029-01-07
Also published as: CN101483207B

Abstract

本发明涉及一种用于硅太阳能电池正面栅线电极的环保型银导体浆料的配方及其加工方法。该银浆的组分及含量(重量百分比)为：金属银粉60－80％、无铅玻璃粘结剂1－10％、欧姆接触添加剂0.05－10％、有机树脂2－15％、溶剂10－25％、浆料改性剂1－8％。该环保型银浆的制造方法包括无铅玻璃粘结剂的配制、银浆料的配方和浆料的加工工艺。本发明所研制出的银浆料利用Ba－Zn－B玻璃料实现了浆料的无铅化，浆料的含铅量小于100ppm，其它有害物质如Hg、Cd等的含量均满足环保要求。通过在浆料中添加欧姆接触形成剂使银线与电池片的硅面形成良好的欧姆接触。该银浆应用于硅太阳能电池正面栅线电极，经隧道炉快速热处理后，附着力强，可焊性优良，欧姆接触好，电池转换效率高。

Description

一种环保型硅太阳能电池正面栅线电极银导体浆料

技术领域

该发明涉及一种用于硅太阳能电池正面栅线电极的银导体浆料。该浆料经由生产过程后在硅太阳能电池片的正面形成金属银导线，将光照下太阳能电池片产生的电流导出。银浆料通过丝网印刷、烘干、快速烧结热处理等工序，在硅太阳能电池正面形成栅线电极，这种栅线电极对太阳入射光的遮挡面很小，同时，银导线和n型硅面形成良好的欧姆接触，使电池片具有较高的光电转换效率。

背景技术

在硅太阳能电池工艺中，电极制作是非常重要的一个环节。常用的电极技术有磁控溅射、真空蒸镀、丝网印刷。丝网印刷工艺具有生产成本低，适合大批量生产的特点，在太阳能电池片制造中得到应用。硅太阳能电池的电极包括正面银电极和背场铝电极，正面银电极对太阳能电池片的光电转换效率影响较大，要求银栅线越细越好，并且要求栅线与n型硅面实现良好的欧姆接触。银浆料的性能直接决定了太阳能电池片正面电极的性能，是硅太阳能电池制造中的关键材料。

银浆料由金属银粉、玻璃粘结剂、有机载体和添加剂等原料配制而成。金属银粉在高温时可与硅形成Ag/Si导电小岛，同时，在浆料中的欧姆接触添加剂的作用下，银导线与n型硅面可形成良好的欧姆接触。玻璃粘结剂在浆料中的作用很关键，玻璃粘结剂在热处理时熔化，将硅表面的太阳光减反射层(通常是SiN_x或TiO₂膜)融化，使浆料中的银可以与硅面接触，同时，玻璃粘结剂将金属银粉附着在硅片表面，形成致密均匀的导电膜，导电膜厚度为15-25μm。有机载体使浆料呈一种比较稳定的悬浮体，便于印刷，且可以较长时间放置而不产生沉淀。添加剂主要是改善浆料的工艺性能，使浆料具有一定的流动性、触变性。

目前，国内外的浆料公司生产的栅电极银浆料所使用的玻璃粘结剂是一种含铅的玻璃。这种玻璃具有熔点较低，高温熔化时流动性好，与硅表面浸润性良好以及电性能稳定可靠等优点，所以得到了广泛应用。但浆料的铅含量很高，其使用对环境造成了非常大的污染。而铋-硼系、锌-硼无铅玻璃在高温流动性、玻璃与基片的浸润性等方面与铅玻璃相比要差一些，因此，要找出一种适合硅太阳能电池片的无铅玻璃料是一个难题。同时，银线与n型硅面的欧姆接触方面也是一个技术难题，现有的技术一般在浆料中加入磷(P)元素，但磷(P)元素有毒害，对生产和使用都有不良影响。本发明设计出了一种高钡无铅玻璃料，完全能代替传统的含铅玻璃料，这种新的玻璃料能在较低温度下融化并具有较好的流动性，能很好地溶化硅表面的减反射膜，且工作稳定，电性能良好。另外，本发明通过在配方中添加了适量的欧姆接触形成剂，使银线与n型硅面形成良好的欧姆接触，从而使硅太阳能电池具有优良的光电性能。

发明内容

本发明是要实现一种环保型硅太阳能电池正面栅电极银浆料。该浆料能在烧结炉的快速热处理过程中在硅面形成导电性能优良的金属导线，该导线不仅与硅面的附着力好，而且导线与n型硅面有良好的欧姆接触，使太阳能电池具有高的光电转换效率。本发明通过以下技术方案来实现：

其特点在于，该浆料由以下组分及含量(重量百分比)的原料制成：

金属银粉60-80％

无铅玻璃粘结剂1-10％

欧姆接触添加剂0.05-10％

有机树脂2-15％

溶剂10-25％

浆料改性剂1-8％

所用的金属银粉是由具有一定颗粒大小的球形粉和一定比例的片状粉组成，球形粉的粉径小于1μm，球形粉与片状粉的重量比为：(40-80)：(60-20)。

所用的玻璃粘结剂是一种无铅玻璃料，该玻璃料为钡(Ba)-锌(Zn)-硼(B)系材料，并添加了Al₂O₃，SiO₂，ZrO₂，TiO₂，Bi₂O₃，Na₂O，Li₂O，无铅玻璃粘结剂的配方为：

BaO 20-50％

Zn0 10-40％

B₂O₃ 10-30％

Al₂O₃ 0.5-10％

SiO₂ 1-10％

ZrO₂ 0-5％

TiO₂ 0-5％

Bi₂O₃ 0-10％

Na₂O 0-10％

Li₂O 0-20％

上述的无铅玻璃粘结剂主成分为BaO，ZnO和B₂O₃，BaO的含量为20-50％，ZnO的含量为10-40％，B₂O₃的含量为10-30％，三种主成分的含量为60-80％。

上述的无铅玻璃粘结剂中添加了碱金属氧化物Na₂O，Li₂O中的一种或几种，碱金属氧化物的总含量为1-20％。

上述的无铅玻璃粘结剂中添加了过渡金属氧化物ZrO₂，TiO₂，Bi₂O₃中的一种或几种，过渡金属氧化物的总含量为1-10％。

上述的无铅玻璃粘结剂中添加了Al₂O₃和SiO₂，其含量分别为0.5-10％和1-10％。

本发明使用的欧姆接触添加剂为Ba，Sr，Y，稀土金属(Pr，Er等)和镧系元素的一种或几种，其用量为0.05-10％，添加形式为这些元素的金属或化合物。

无铅浆料使用的有机树脂选用松香和乙基纤维素、硝酸纤维素、聚乙烯醇缩丁醛和丙烯醇中的一种或几种，其用量为1-20％。

本发明所用的浆料改性剂包括触变剂、流平剂、表面活性剂和消泡剂等，浆料改性剂用量为2-10％。

本发明所用的有机溶剂选用松节油、松油醇、环己酮、蓖麻油、邻苯二甲酸二丁酯以及醚类中的一种或几种，用量为10-25％。

其特征在于，该方法的制造工艺如下：

(1)玻璃粘结剂的制备

玻璃粘结剂的组分及含量如下：

BaO 20-50％

ZnO 10-40％

B₂O₃ 10-30％

Al₂O₃ 0.5-10％

SiO₂ 1-10％

ZrO₂ 0-5％

TiO₂ 0-5％

Bi₂O₃ 0-10％

Na₂O 0-10％

Li₂O 0-20％

将上述原料按重量比称量，混合均匀后放于高铝坩埚中，在电阻炉里加热处理，最高温度范围：1150-1300℃，保温时间：30-90min，将熔化的玻璃淬火处理得到玻璃颗粒，将玻璃颗粒球磨粉碎并达到粒径<10μm。

(2)浆料的配制

将银粉按原料重量的60-80％，无铅玻璃粘结剂1-10％，欧姆接触添加剂0.05-10％，有机树脂2-15％，溶剂10-25％，浆料改性剂1-8％称料。搅拌均匀后在三辊研磨机上进行研磨，通过一定的研磨过程得到均匀分散的浆料，浆料粒度<10μm，粘度(25℃下)70-120Pa.s。

本发明的优点在于：

1.选用钡(Ba)-锌(Zn)-硼(B)系玻璃料作为无铅玻璃粘结剂，该玻璃加热熔化时能很好地溶化硅太阳能电池片硅表面的减反射膜，使银和硅能良好接触。通过添加适当的碱金属、过渡金属氧化物，调控了玻璃料的熔点和高温粘度，改进了玻璃料的化学稳定性和电性能。

2.浆料中添加了欧姆接触形成剂Ba，Sr，Y，稀土金属(Pr，Er等)和镧系元素，使金属银与n型硅形成良好的欧姆接触，减小了电极与硅的接触电阻，使电池片有优良的光电转换性能。

3.通过一定比例球形银粉和片状银粉搭配，使银电极具有良好的导电性。

具体实施方式

太阳能电池正面栅线电极银导体浆料的生产工艺如下：

1.无铅钡(Ba)-锌(Zn)-硼(B)系玻璃粘结剂配制：按重量百分比称料。

2.玻璃熔制及球磨工艺：1150-1300℃，保温时间：30-90min，淬火处理得到玻璃颗粒，将玻璃颗粒球磨粉碎并达到粒径小于10μm。

3.选用合适的金属银粉。

4.浆料配制：按一定比例称量银粉，玻璃粉，欧姆接触添加剂，有机树脂，溶剂，浆料改性剂，进行混合搅拌。搅拌均匀后在三辊研磨机上进行研磨，通过一定的研磨过程得到均匀分散的浆料，浆料粒度小于10μm，粘度(25℃下)70-120Pa.s。

实施例1

一种环保型太阳能电池正面栅线电极银导体浆料(配制100g)，其生产工艺如下：

1.玻璃粘结剂配方(配制100g)：BaO 35g，ZnO 25g，B₂O₃ 20g，SiO₂ 5g，Al₂O₃ 5g，ZrO₂ 2g，TiO₂ 3g，Bi₂O₃ 1g，Na₂O 2g，Li₂O 2g。

2.玻璃熔制及球磨工艺：1200℃，60min，淬火后球磨至小于10μm。

3.金属银粉选用球形粉与片状粉的重量百分比为：球形粉：片状粉＝60：40。

4.浆料配制：按银粉70g，玻璃粉8g，欧姆接触添加剂3g，有机树脂2g，溶剂15g，浆料改性剂2g称料，并在容器中搅拌分散均匀后进行三辊研磨，控制浆料的粘度(25℃下)为70-120Pa.s，浆料的粒度小于10μm。

5.浆料技术参数：

粘度：(25℃下)70-120Pa.s。

浆料细度：≤10μm。

银栅线：厚度：15-25μm，宽度：50-150μm。

丝网印刷：300目不锈钢丝网印刷，不塞网。

烧结：高温(800-900℃)/5S。

6.烧结后性能：

电阻：≤5mΩ/□。

电池片开路电压(均值)≥600mV

转换效率(均值)：单晶硅片≥16％，多晶硅片≥15％。

实施例2

1.玻璃粘结剂配方(配制100g)：BaO 40g，ZnO 25g，B₂O₃ 15g，SiO₂ 8g，Al₂O₃ 2g，ZrO₂ 1g，TiO₂ 2g，Bi₂O₃ 1g，Na₂O 2g，Li₂O 4g。

2.玻璃熔制及球磨工艺：1250℃，60min，淬火后球磨至小于10μm。

3.金属银粉选用球形粉与片状粉的重量百分比为：球形粉：片状粉＝70：30。

4.浆料配制：按银粉75g，玻璃粉6g，欧姆接触添加剂3g，有机树脂2g，溶剂13g，浆料改性剂1g称料，并在容器中搅拌分散均匀后进行三辊研磨，控制浆料的粘度(25℃下)为70-120Pa.s，浆料的粒度小于10μm。

5.浆料技术参数：

粘度：(25℃下)70-120Pa.s。

浆料细度：≤10μm。

银栅线：厚度：15-25μm，宽度：50-150μm。

丝网印刷：300目不锈钢丝网印刷，不塞网。

烧结：高温(800-900℃)/5S。

6.烧结后性能：

电阻：≤3mΩ/□。

电池片开路电压(均值)≥600mV

转换效率(均值)：单晶硅片≥16％，多晶硅片≥15％。

Claims

1.一种环保型银浆，其特点在于，该浆料由以下组分及含量(重量百分比)的原料制成：

金属银粉 60-80％

无铅玻璃粘结剂 1-10％

欧姆接触添加剂 0.05-10％

有机树脂 2-15％

溶剂 10-25％

浆料改性剂 1-8％

上述玻璃粘结剂是一种无铅玻璃料，该玻璃料为钡(Ba)-锌(Zn)-硼(B)系材料，并添加了Al₂O₃，SiO₂，ZrO₂，TiO₂，Bi₂O₃，Na₂O，Li₂O，无铅玻璃粘结剂的配方为：

BaO 20-50％

ZnO 10-40％

B₂O₃ 10-30％

Al₂O₃ 0.5-10％

SiO₂ 1-10％

ZrO₂ 0-5％

TiO₂ 0-5％

Bi₂O₃ 0-10％

Na₂O 0-10％

Li₂O 0-20％。

2.根据权利要求1所述的无铅玻璃粘结剂为高钡玻璃料，其主成分为BaO，ZnO和B₂O₃，BaO的含量为20-50％，ZnO的含量为10-40％，B₂O₃的含量为10-30％，三种主成分的含量为60-80％。

3.根据权利要求1所述的无铅玻璃粘结剂中添加了碱金属氧化物Na₂O，Li₂O中的一种或几种，碱金属氧化物的总含量为1-20％。

4.根据权利要求1所述的无铅玻璃粘结剂中添加了过渡金属氧化物ZrO₂，TiO₂，Bi₂O₃中的一种或几种，过渡金属氧化物的总含量为1-10％。

5.根据权利要求1所述的无铅玻璃粘结剂中添加了Al₂O₃和SiO₂，其含量分别为0.5-10％和1-10％。

6.根据权利要求1所述的金属银粉是由具有一定颗粒大小要求的球形粉和一定比例的片状粉组成，球形粉的粉径小于1μm，球形粉与片状粉的比例(重量比)为：(40-80)：(60-20)。

7.根据权利要求1所述的欧姆接触添加剂为Ba，Sr，Y，稀土金属(Pr，Er等)和镧系元素的一种或几种，其用量为0.05-10％，添加形式为这些元素的金属或化合物。