CN101887764A - 一种硅基太阳能用正面银浆的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种硅基太阳能用正面银浆的制备方法，该浆料由玻璃粉0.5～5％、片状银粉40～85％、纳米银粉5～45％、有机载体5％～10％、溶剂2％～6％和助剂0.2％～2％组成，主要包括以下步骤：(1)制备玻璃粉；(2)制备有机载体；(3)制备浆料。本发明的主要设计方案通过改变玻璃粉、片状银粉和纳米银粉的添加比例可以改变栅线的印刷高度、接触电阻和电池的转化效率；改变有机载体和溶剂的添加比例可以调节产品的粘度、印刷性；改变增塑剂的添加比例可以调节产品的塑性，流平性和印刷性。本发明的浆料具有优异的印刷性，烧结后与硅片形成好的合金，栅线电极高度高、串联电阻低、电池转化效率高。
Description
技术领域：
本发明属于电子材料技术领域，涉及一种硅基太阳能用正面银浆的制备方法。
背景技术：
传统化石能源日益短缺，因超量排放二氧化碳等温室气体而引发的地球气候变化问题长期存在且愈演愈烈，越来越多国家人民与政府已经认识到，能源结构的转变势在必行，太阳能光伏发电等清洁可再生能源的广泛使用已经成时代潮流，以德、日为代表的先进国家，由于率先采取了有效的政府补贴政策，促使光伏电池的需求急剧增加，也带动了包括我国在内的世界各光伏生产与市场的迅速崛起，中国已先后超越德国、日本，于2007年开始成为世界最大的太阳能电池组件生产国和出口国。与此同时，我国与美国、俄国、印度、南非、东欧、东南亚等国家的光伏应用市场也急起直追，获得长足进展。
太阳能光伏发电技术作为太阳能利用中最具意义的技术，成为世界各国竞相研究应用的热点，最近10年以每年平均30％的速度递增，最近3年更是以每年50％以上的速度高速增长，太阳能光伏发电已经成为可再生能源领域中继风力发电之后产业化发展最快、最大的产业，IC Insights预测，太阳能电池厂商的设备投资将于2011年步入发展轨道，预计2011年将比上年增长13％，达到7亿7000万美元，2012年同比增长74％，达到13亿4000万美元，2013年将扩大至19亿7000万美元(比上年增长47％)，超过08年业绩14亿7000万美元。预计工厂开工率也将稳步增长，2011年达到63％，2013年达到82％。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有银浆在印刷时易出现的堵网和干网现象，以及烧结后电池转化效率低的缺点，提供一种用于丝网印刷的硅基太阳能用正面银浆的制备方法。
一种用于丝网印刷的硅基太阳能用正面银浆的制备方法，该浆料主要由玻璃粉0.5～5％、片状银粉40～85％、纳米银粉5～45％、有机载体5％～10％、溶剂2％～6％和助剂0.2％～2％组成。本发明的主要设计方案通过合适的助剂、有机载体和溶剂改善印刷时可能出现的堵网和干网现象；通过合适的玻璃体系、片状银粉、纳米银粉、助剂改善烧结后银粉与硅片的栅线电极高度低、接触电阻和电池转化效率低的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：
一种硅基太阳能用正面银浆的制备方法，它包括以下基本步骤：
(1)制备玻璃粉：
按照重量百分比将5％～30％的SiO2、30％～75％的PbO、5％～30％的B2O3、2％～15％的TiO2和Al2O3的0.5％～10％混合均匀，经热熔、冷却、粉碎、球磨、干燥和过筛制成平均粒径范围是0.4μm～1.2μm的玻璃粉；所述SiO2、PbO、B2O3、TiO2和Al2O3的总量是100％；
(2)制备有机载体：
按照重量百分比，将10％～30％的乙基纤维素树脂加入到70％～90％的溶剂中，在恒温水槽中溶解完全，经250～325目筛网过滤得有机载体；所述乙基纤维素树脂和溶剂的总量是100％；
(3)制备浆料：
按重量百分比，将0.5％～5％的玻璃粉、40～85％的片状银粉、5～45％的纳米银粉、5％～10％的有机载体、2％～6％的溶剂和0.2％～2％的助剂在搅拌机里混合均匀，再在三辊机上分散至10μm以下，最后经325～400目筛网中过滤即得浆料；所述玻璃粉、片状银粉、纳米银粉、有机载体、溶剂和助剂的总量是100％。
所述步骤(2)中所述溶剂采用丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸脂、松油醇的一种或几种的混合溶液。
所述步骤(2)中所述恒温水槽的温度为75℃～95℃。
所述步骤(3)中所述助剂包含增塑剂和分散剂，增塑剂可以选择邻苯二甲酸二辛脂、邻苯二甲酸二丁脂、己二酸二辛酯的一种或几种；分散剂可以选择聚乙烯蜡、硬脂酸锌、微晶石蜡的一种或几种。
所述步骤(3)中所述搅拌机为行星式或其它类型搅拌机。
所述步骤(1)中玻璃粉的膨胀系数约为62×10～7～75×10～7/K、烧结温度为500～650℃。
在本发明中，改变玻璃粉、片状银粉和纳米银粉的添加比例可以改变栅线的印刷高度、接触电阻和电池的转化效率；改变有机载体和溶剂的添加比例可以调节产品的粘度、印刷性；改变增塑剂的添加比例可以调节产品的塑性，流平性和印刷性。
本发明的浆料具有优异的印刷性，烧结后与硅片形成好的合金，栅线电极高度高、串联电阻低、电池转化效率高。
具体实施方式：
本发明公开了一种硅基太阳能用正面银浆的制备方法，它包括如下步骤：
(1)制备玻璃粉：
一种玻璃体系，其组成和重量百分比分别为：5％～30％的SiO2、30％～75％的PbO、5％～30％的B2O3、TiO22％～15％、Al2O30.5％～10％。将上述玻璃体系组分混合均匀、热熔、冷却、粉碎、球磨、干燥、筛网过筛后，制得平均粒径范围是0.4μm～1.2μm的玻璃粉。
(2)制备有机载体：
将重量百分比为10％～30％的乙基纤维素树脂加入到70％～90％的溶剂中，在恒温水槽中溶解完全，经250～325目筛网过滤得有机载体；
(3)制备浆料：
按重量百分比的0.5％～5％将上述玻璃粉、40～85％的片状银粉、5～45％的纳米银粉、5％～10％的有机载体、2％～6％的溶剂和0.2％～2％的助剂在搅拌机里混合均匀，再在三辊机上分散至10μm以下，最后经325～400目筛网中过滤即得浆料。
步骤(1)中所述玻璃体系为Si-Pb～B玻璃体系，膨胀系数约为(62～75)×10～7/K，烧结温度在500～650℃。
步骤(1)中所述玻璃体系各组分重量百分比之和为100％。
步骤(2)中所述溶剂采用丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸脂、松油醇的一种或几种混合溶液。
步骤(2)中所述恒温水槽的温度为75℃～95℃。
步骤(3)中所述助剂包含增塑剂和分散剂，增塑剂可以选择邻苯二甲酸二辛脂、邻苯二甲酸二丁脂、己二酸二辛酯的一种或几种；分散剂可以选择聚乙烯蜡、硬脂酸锌、微晶石蜡的一种或几种。
步骤(3)中所述搅拌机为行星式或其它类型搅拌机。
以下结合具体实施实例进一步说明本发明的制备过程：
实施例1
(1)制备玻璃粉：按重量百分将5％的SiO2、75％的PbO、10％的B2O3、5％的TiO2、5％的Al2O3比混合均匀后，在900℃下保温30分钟熔化后，将玻璃粉冷切，球磨48小时，经过400目筛网过滤后备用；
(2)制备有机载体：按重量百分比将10％的乙基纤维素树脂加入到90％的丁基卡必醇中，在恒温水浴中加热到75℃～95℃至完全溶解，经250目过滤得有机载体；
(3)制备浆料：按重量百分比将上述0.5％的玻璃粉、40％的片状银粉、45％的纳米银粉、10％的有机载体、3.5％的丁基卡必醇溶剂、0.6％的邻苯二甲酸二丁脂、0.4％的聚乙烯蜡分散剂，将它们在行星式或其它搅拌机里混合均匀，再在三辊机上分散至10μm以下，最后在325目筛网中过滤，用Brookfield DV-II粘度计测得粘度为280kcps的正面银浆；
(4)将该浆料使用丝网印刷在125*125单晶硅片(200±20μm)上，经烘干、烧结，用台阶仪测量栅线高度为17.4μm；用单体分选机测试其电性能数据：串联电阻0.00987Ω，转化效率17.8％。
实施例2
(1)制备玻璃粉：按重量百分比将10％的SiO2、65％的PbO、20％的B2O3、4％的TiO2、1％的Al2O3混合均匀后，在950℃下保温30分钟熔化后，将玻璃粉冷切，球磨48小时，经过400目筛网过滤后备用；
(2)制备有机载体：按重量百分比将15％的乙基纤维素树脂加入到85％的丁基卡必醇醋酸酯中，在恒温水浴中加热到75℃～95℃至完全溶解，325目过滤；
(3)制备浆料：按重量百分比将上述1％的玻璃粉、85％的片状银粉、5％的纳米银粉、5％的有机载体、3％的丁基卡必醇醋酸酯溶剂、0.2％的邻苯二甲酸二辛脂、0.8％的硬脂酸锌分散剂，将它们在行星式或其它搅拌机里混合均匀，再在三辊机上分散至10μm以下，最后在325目筛网中过滤，用Brookfield DV-II粘度计测得粘度为260kcps的正面银浆；
(4)将该浆料使用丝网印刷在125*125单晶硅片(200±20μm)上，经烘干、烧结，用台阶仪测量栅线高度为16.6μm；用单体分选机测试其电性能数据：串联电阻0.01023Ω，转化效率17.4％。
实施例3
(1)制备玻璃粉：按重量百分比将20％的SiO2、70％的PbO、5％的B2O3、4.5％的TiO2、0.5％的Al2O3混合均匀后，在930℃下保温30分钟熔化后，将玻璃粉冷切，球磨48小时，经过325目筛网过滤后备用；
(2)制备有机载体：按重量百分比将20％的乙基纤维素树脂加入到80％的松油醇中，在恒温水浴中加热到75℃～95℃至完全溶解，325目过滤；
(3)制备浆料：按重量百分比将上述3％的玻璃粉、60％的片状银粉、25％的纳米银粉、5％的有机载体、6％的松油醇溶剂、0.4％的己二酸二辛脂、0.6％的微晶石蜡分散剂，将它们在行星式或其它搅拌机里混合均匀，再在三辊机上分散至10μm以下，最后在400目筛网中过滤，用Brookfield DV-II粘度计测得粘度为290kcps的正面银浆；
(4)将该浆料使用丝网印刷在125*125单晶硅片(200±20μm)上，经烘干、烧结，用台阶仪测量栅线高度为15.8μm；用单体分选机测试其电性能数据：串联电阻0.01053Ω，转化效率17.2％。
实施例4
(1)制备玻璃粉：按重量百分比将30％的SiO2、50％的PbO、10％的B2O3、5％的TiO2、5％的Al2O3混合均匀后，在970℃下保温30分钟熔化后，将玻璃粉冷切，球磨48小时，经过325目筛网过滤后备用；
(2)制备有机载体：按重量百分比将10％的乙基纤维素树脂加入到40％的丁基卡必醇和40％的松油醇中，在恒温水浴中加热到75℃～95℃至完全溶解，325目过滤；
(3)制备浆料：按重量百分比将上述5％的玻璃粉、70％的片状银粉、14％的纳米银粉、8％的有机载体、1％的丁基卡必醇和1％的松油醇溶剂、0.1％的邻苯二甲酸二丁脂和0.2％的邻苯二甲酸二辛脂、0.3％的聚乙烯蜡和0.4％的硬脂酸锌分散剂，将它们在行星式或其它搅拌机里混合均匀，再在三辊机上分散至10μm以下，最后在400目筛网中过滤，用BrookfieldDV-II粘度计测得粘度为275kcps的正面银浆；
(4)将该浆料使用丝网印刷在125*125单晶硅片(200±20μm)上，经烘干、烧结，用台阶仪测量栅线高度为15.4μm；用单体分选机测试其电性能数据：串联电阻0.01083Ω，转化效率17.1％。
实施例5
(1)制备玻璃粉：按重量百分比将20％的SiO2、60％的PbO、13％的B2O3、2％的TiO2、5％的Al2O3混合均匀后，在960℃下保温30分钟熔化后，将玻璃粉冷切，球磨48小时，经过325目筛网过滤后备用；
(2)制备有机载体：按重量百分比将15％的乙基纤维素树脂加入到20％的丁基卡必醇、30％的丁基卡必醇醋酸脂和35％的松油醇中，在恒温水浴中加热到75℃～95℃至完全溶解，325目过滤；
(3)制备浆料：按重量百分比将上述2％的玻璃粉、70％的片状银粉、15％的纳米银粉、9％的有机载体、1％丁基卡必醇、1％的丁基卡必醇醋酸脂和0.5％的松油醇溶剂、0.2％的邻苯二甲酸二丁脂、0.2％的邻苯二甲酸二辛脂、0.1％的己二酸二辛脂、0.5％的聚乙烯蜡分散剂、0.3％硬脂酸锌、0.2％微晶石蜡，将它们在行星式或其它搅拌机里混合均匀，再在三辊机上分散至10μm以下，最后在400目筛网中过滤，用Brookfield DV-II粘度计测得粘度为265kcps的正面银浆；
(4)将该浆料使用丝网印刷在125*125单晶硅片(200±20μm)上，经烘干、烧结，用台阶仪测量栅线高度为16.5μm；用单体分选机测试其电性能数据：串联电阻0.01013Ω，转化效率17.5％。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。
Claims (6)
1.一种硅基太阳能用正面银浆的制备方法，其特征在于，它包括以下基本步骤：
(1)制备玻璃粉：
按照重量百分比将5％～30％的SiO2、30％～75％的PbO、5％～30％的B2O3、2％～15％的TiO2和Al2O3的0.5％～10％混合均匀，经热熔、冷却、粉碎、球磨、干燥和过筛制成平均粒径范围是0.4μm～1.2μm的玻璃粉；所述SiO2、PbO、B2O3、TiO2和Al2O3的总量是100％；
(2)制备有机载体：
按照重量百分比，将10％～30％的乙基纤维素树脂加入到70％～90％的溶剂中，在恒温水槽中溶解完全，经250～325目筛网过滤得有机载体；所述乙基纤维素树脂和溶剂的总量是100％；
(3)制备浆料：
按重量百分比，将0.5％～5％的玻璃粉、40～85％的片状银粉、5～45％的纳米银粉、5％～10％的有机载体、2％～6％的溶剂和0.2％～2％的助剂在搅拌机里混合均匀，再在三辊机上分散至10μm以下，最后经325～400目筛网中过滤即得浆料；所述玻璃粉、片状银粉、纳米银粉、有机载体、溶剂和助剂的总量是100％。
2.根据权利要求1所述一种硅基太阳能用正面银浆的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中所述溶剂采用丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸脂、松油醇的一种或几种的混合溶液。
3.根据权利要求1所述一种硅基太阳能用正面银浆的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中所述恒温水槽的温度为75℃～95℃。
4.根据权利要求1所述一种硅基太阳能用正面银浆的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中所述助剂包含增塑剂和分散剂，增塑剂可以选择邻苯二甲酸二辛脂、邻苯二甲酸二丁脂、己二酸二辛酯的一种或几种；分散剂可以选择聚乙烯蜡、硬脂酸锌、微晶石蜡的一种或几种。
5.根据权利要求1所述一种硅基太阳能用正面银浆的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中所述搅拌机为行星式或其它类型搅拌机。
6.根据权利要求1所述一种硅基太阳能用正面银浆的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中玻璃粉的膨胀系数约为62×10～7～75×10～7/K、烧结温度为500～650℃。
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