CN101931014A

CN101931014A - 一种太阳能电池用导电浆料及其制备方法

Info

Publication number: CN101931014A
Application number: CN2009101084747A
Authority: CN
Inventors: 刘珍; 谭伟华; 周勇; 姜占锋
Original assignee: BYD Co Ltd
Current assignee: BYD Co Ltd
Priority date: 2009-06-26
Filing date: 2009-06-26
Publication date: 2010-12-29
Anticipated expiration: 2029-06-26
Also published as: CN101931014B

Abstract

本发明公开了一种太阳能电池用导电浆料及其制造方法，所述包括导电金属粉、无机粘结剂、有机载体及添加剂，所述导电金属粉包括两种粒径不同的金属粉，所述大粒径金属粉的粒径为4-6μm，所述小粒径金属粉粒径为1-100nm。本发明提供的导电浆料制成的太阳能电池的光电转化效率得到了显著提高；且该导电浆料外观质地均匀，表面光滑，无气泡，长期放置无沉淀。

Description

一种太阳能电池用导电浆料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池用导电浆料，更具体的涉及一种太阳能电池用导电浆料及其制备方法。

背景技术

当前关于太阳能电池的研究非常活跃，太阳能电池有望成为未来电力供应的主要支柱，晶体硅太阳能电池是PV(光伏)市场上的主导产品，因为它的技术和工艺最成熟，性能稳定。导体浆料是制作晶体硅太阳能电池的主要辅助材料，在该电池材料成本中占有相当的比重，它几乎覆盖了电池的整个背面，形成的背电场可以提高太阳能电池的开路电压和短路电流。浆料的制作与烧结工艺对太阳能电池片的性能有着很大的影响。

浆料主要由功能性粉体(金属粉)、有机载体和高温下起粘结作用的粘结组分组成。金属粉作为导电相，它决定了浆料的电性能，并影响着成膜后的物理和机械性能；粘结剂的主要作用是使固化膜层与基体牢固结合起来，在元件烧结过程中起连接、拉紧、固定导电相相粒子的作用。有机载体是聚合物在有机溶剂中的溶液，起着控制浆料的流变特性，调节浆料的粘稠度，使固态的导电相、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，是印刷膜和干燥膜的临时粘结剂，有机载体主要由有机溶剂和增稠剂组成。各种粉体在有机载体中进行充分搅拌和分散后形成膏状的浆料。烧结后的膜层是由金属和粘结成分组成。

现有技术中公开的太阳能电池用浆料，采用其制成的晶体硅太阳能电池的光电转换效率仍不够理想，并且硅片在印刷浆料烧结后，金属膜对硅基体的附着力不牢固，表面比较容易产生少许疤痕。国际大公司以及我国的一些研究所和浆料制作厂家，生产的浆料产品在如何提高光电转换效率也在不断探索。因此，深入研究浆料的组成及制造方法，是改善太阳能电池光电转换效率的关键技术之一。

发明内容

本发明解决的技术问题是采用现有技术中的导电浆料太阳能电池光电转换效率不够理想，特提供了一种光电转换效率优异的新型太阳能电池导电浆料。

本发明还提供所述的新型太阳能导电浆料的制备方法。

本发明提供一种太阳能电池用导电浆料，包括导电金属粉、无机粘结剂、有机载体及添加剂，所述导电金属粉包括两种粒径不同的金属粉，所述大粒径金属粉的粒径为4-6μm，所述小粒径金属粉的粒径为1-100nm。

本发明还提供一种太阳能电池用导电浆料制备方法，包括将氧化物粉末混合熔融、球磨制成无机粘结剂玻璃粉；将增稠剂溶解于有机溶剂制成有机载体；将无机粘结剂玻璃粉、粒径为4-6μm的大粒径金属粉、粒径为1-100nm小粒径金属粉及添加剂加入到有机载体中混合，研磨。

本发明提供的太阳能电池用导电浆料，用其制备得到的金属导电浆料采用丝网印刷到晶硅太阳能电池上烧结成膜后，多晶硅电池的开路电压较单一粒径的金属粉增加了4-6％以上，这是因为纳米级金属粉的微掺杂，填补了大粒径金属粉(4-6μm)间本来存在的空隙，金属粉在硅片表面形成了致密均匀的导电膜，从而提高了导电性能，多晶硅太阳电池的平均光电转化效率在15.5％以上。并且采用本发明的浆料经研磨后外观质地均匀，表面光滑，无气泡；丝网印刷过网性能极佳，印刷在硅片上表面无缺陷，烧结后，太阳能电池硅片上硅金属层间附着力良好，金属膜光滑、不起疱、也不存在烧结炉的网带印痕，太阳能电池电池硅片弯曲程度小。

具体实施方式

本发明提供了一种太阳能电池用导电浆料，包括导电金属粉、无机粘结剂玻璃粉、有机载体及添加剂，所述导电金属粉包括两种粒径不同的金属粉，所述大粒径金属粉的粒径为4-6μm，所述小粒径金属粉粒径为1-100nm。所述大粒径金属粉与所述小粒径金属粉的质量比为(9～99)∶1。所述导电金属粉选自铝粉、银粉或两者的混合物。

以所述太阳能电池导电浆料的总重量为基准，所述导电浆料包括60～85wt％的金属粉、0～5.0wt％的无机粘结剂玻璃粉、10～25wt％的有机载体、以及0.1～2.0wt％的添加剂。

所述无机粘结剂玻璃粉的成分包括氧化铋、三氧化二硼、二氧化硅、氧化钙、氧化铝、氧化锌、氧化镁、氧化锶等中的一种或几种，所述无机粘结剂玻璃粉的中值粒径D₅₀为0.2-3.5μm、软化点为450-600℃。本发明的无机粘结剂玻璃粉的具体配方组可以为：其中必选组分氧化铋(Bi₂O₃)占40～75wt％，氧化硼(B₂O₃)占10～30wt％，二氧化硅(SiO₂)占5～20wt％，氧化锌(ZnO)占0.5～10wt％，可选组分氧化铝(Al₂O₃)占0～5.0wt％，氧化镁(MgO)占0～2.0wt％，氧化锶(SrO)占0～2.0wt％，氧化钙(CaO)占0～5.0wt％。

所述有机载体包括有机溶剂和增稠剂，有机溶剂选自松油醇、丁基卡必醇、邻苯二甲酸二丁酯、丁基卡必醇醋酸酯中的两种或两种以上，所述增稠剂包括乙基纤维素、硝化纤维素、树脂类粘结剂中的一种或几种。

所述添加剂包括硫酸铵和环己酮。本发明选用环己酮做表面活性剂，表面活性剂是用来降低载体与固体粉粒界面的表面张力，使有机载体能充分润湿固体粉粒的表面。这样研磨后的浆料外观质地光滑，不会产生气泡，使丝网印刷过网性能良好，印刷质量佳。本发明还选用少量的硫酸铵做流动性控制剂加入到浆料中，控制浆料二次流动浆料，避免造成烧结后膜层出现裂缝。因此，本发明配方组成的导电浆料长期放置后(三个月及以上)不会产生罐底沉淀及上层漂浮黑色油状物；所述的导电浆料经研磨后外观质地均匀，表面光滑，无气泡，丝网印刷过网性能极佳，印刷在硅片上表面无缺陷，烧结后，电池片上硅金属层间附着力良好，金属膜光滑、不起疱、也不存在烧结炉的网带印痕，电池片弯曲程度小。

本发明提供了一种太阳能电池用导电浆料制备方法，包括将氧化物粉末混合烧制、球磨制成无机粘结剂玻璃粉；将增稠剂溶解于有机溶剂制成有机载体；将粒径为4-6μm的大粒径金属粉与粒径为1-100nm小粒径金属粉混合制成导电金属粉；再将无机粘结剂玻璃粉、有机载体、导电金属粉及添加剂混合，研磨。所述大粒径金属粉与所述小粒径金属粉的质量比为(9～99)∶1。所述导电金属粉选自铝粉、银粉或两者的混合物。以所述太阳能电池导电浆料的总重量为基准，所述导电浆料包括60～85wt％的金属粉、0～5.0wt％的无机粘结剂玻璃粉、10～25wt％的有机载体、以及0.1～2.0wt％的添加剂。

按照本发明提供的制备方法，采用的金属粉是两种不同粒径的金属粉，小粒径的金属粉掺杂于大粒径金属粉中，本发明的金属导电浆料烧结后，比单一粒径的金属粉制作的导电浆料导电率大，金属背场的方块电阻较传统配方的金属导电浆料也有较大程度的降低，开路电压较单一金属粉增加了4-6％以上。硅太阳能电池的欧姆串联电阻降低、填充因子提高，因此，太阳能电池的光电转换效率也有较大的提高，从实验线的数据表明，多晶硅电池的平均光电转化效率大于15.5％。

下面的实施例将对本发明做进一步的说明。

实施例1

步骤一：玻璃粉的制备

取65wt％的氧化铋(Bi₂O₃)(氧化物均购于天津科密欧化学试剂有限公司，分析纯，下同)，12wt％的氧化硼(B₂O₃)，8.0wt％的二氧化硅(SiO₂)，10wt％的氧化锌(ZnO)，3.0wt％的氧化铝(Al₂O₃)，2.0wt％的氧化镁(MgO)采用V型混合机混合均匀，装入瓷坩埚中，放入硅碳棒炉，升温预热到500℃，保温0.5小时，再升至950℃，熔炼0.5小时，水淬过滤，将得到玻璃珠装入球磨罐，控制质量比例，氧化锆球∶玻璃珠∶去离子水＝4∶1∶0.5，罐速150～250r/min，球磨48h以上，过滤，烘干，得到中粒径D₅₀处在0.2μm的玻璃粉，备用。

步骤二：有机载体的配置

按照质量比取松油醇(有机溶剂购于广东光华化学厂，分析纯，下同)∶丁基卡必醇∶邻苯二甲酸二丁酯(DBP)＝60∶25∶15的有机溶剂混合均匀，组成浆料的混合溶剂。取占浆料总量18wt％的混合溶剂，占总量2.0wt％的乙基纤维素(山东泰安瑞泰纤维素有限公司，RTN100)，将乙基纤维素溶于上述的混合溶剂中，加热到60℃，使其充分溶解，并搅拌均匀，得到均一澄清的有机载体溶液。

步骤三：导电浆料的制备

将步骤二得到的有机载体溶液置于高速分散机的不锈钢罐中，一边搅拌，一边加入占总量3wt％的上面步骤一中制得的玻璃粉，搅拌均匀。再加入占总量70wt％的大粒径为4μm的铝粉(铝粉购于山东金茂铝粉厂)，占总量5wt％的小粒径为80nm的铝粉，铝粉总的添加量为75wt％，铝粉分多次加入，每次加入先搅匀，再加下一次；最后加入1wt％的硫酸铵，1wt％的环己酮，全部加完后，高速搅拌30-60min；再用

的三辊研磨机进行研磨15～20次，研磨细度至小于20μm即可得铝导电浆料成品A1。

实施例2

步骤一：玻璃粉的制备

与实施例1相同。

步骤二：有机载体的配置

与实施例1相同。

步骤三：导电浆料的制备

将大粒径铝粉改为粒径为6μm的铝粉，小粒径铝粉改为粒径为35nm的铝粉，其余和实施例1步骤三相同，即可得铝导电浆料成品A2。

实施例3

步骤一：玻璃粉的制备

与实施例1相同。

步骤二：有机载体的配置

与实施例1相同。

步骤三：导电浆料的制备

将大粒径铝粉改为粒径为6μm的铝粉，小粒径铝粉改为粒径为10nm的铝粉，其余和实施例1步骤三相同，即可得铝导电浆料成品A3。

比较例1

步骤一：玻璃粉的制备

与实施例1相同。

步骤二：有机载体的配置

与实施例1相同。

步骤三：导电浆料的制备

将占总量70wt％的大粒径为4μm的铝粉，占总量5wt％的小粒径为80nm的铝粉，改为全部加入粒径为6μm的铝粉，其余和实施例1步骤三相同，即可得铝导电浆料成品D1。

比较例2

步骤一：玻璃粉的制备

与实施例1相同。

步骤二：有机载体的配置

将乙基纤维素的添加量由2wt％改为4wt％，不添加硫酸铵、环己酮添加剂，其余实施例1步骤二相同。

步骤三：导电浆料的制备

与实施例1步骤三相同，即可得铝导电浆料成品D2

性能测试

对上述制备得到的太阳能电池导电浆料A1-A3、D1和D2进行如下性能测试：

1、浆料粘度

按照GB/T17473.5-1998规定的方法进行，用NDJ-79旋转式粘度计，75rad/min，在25℃下测定。

2、储存稳定性：

将导电浆料密封保存在25℃的环境下，三个月后检测导电浆料下层粘度的变化情况，并观察金属粉末是否发生沉降。

3、外观

用肉眼观察铝膜表面是否有网印。

4、附着力

在25℃的环境下，用自来水浸泡7天，观察金属膜或线条是否脱落。

5、光电转化效率

将上述所得的导电浆料在生产线试用，多晶硅片规格：125×125mm，厚度为200μm(腐蚀前)，印刷前厚度为180μm，印刷丝网目数为280-320目，印刷铝背场浆料重量为每片用浆1.0g左右，印刷背面银电极浆料每片用浆0.10g，印刷正面银电极浆料每片用浆0.15g，烘干温度为250℃约5min。在印刷正面电极银浆后，过隧道炉烧结，烧结温度为810-940℃，温度成梯度分布，烧结时间为2min，峰值温度时间约为2s，出炉后测试电池片的各项性能。每次在测试某种浆料的性能时，与其配套的浆料均采用ferro公司的产品，如铝浆采用53102牌号，背面银浆采用3347牌号，正面银浆采用33462牌号。

其中，电池片的转化效率用太阳能电池片专用测试仪器，如单次闪光模拟器进行测试。测试条件为标准测试条件(STC)：光强：1000W/m²；光谱：AM1.5；温度：25℃。测试方法按照IEC904-1进行。将测试的结果列入表1中。

表1 导电浆料性能测试结果

从表1中实施例与比较例的结果可以看出，由本发明所制得的太阳能电池导电浆料印刷在多晶硅太阳电池片上时，在烧结峰值温度为810-940℃，烧结时间为2min，峰值温度时间约为2s的情况下，得到的电池片的表面状况良好，无疤痕，金属膜不脱落，开路电压较单一粒径形貌的铝粉提高了4-6％以上，单晶硅电池的平均光电转化效率大于15.50％。并且该导电浆料的储存稳定性好，成品导电浆料在储存三个月后，导电金属粉未发生严重的沉降现象。因此，本发明提供的导电浆料制成的太阳能电池的光电转化效率得到了显著提高；且该导电浆料外观质地均匀，表面光滑，无气泡，长期放置无沉淀。

Claims

1.一种太阳能电池用导电浆料，包括导电金属粉、无机粘结剂、有机载体及添加剂，所述导电金属粉包括两种粒径不同的金属粉，所述大粒径金属粉的粒径为4-6μm，所述小粒径金属粉的粒径为1-100nm。

2.根据权利要求1所述的太阳能电池用导电浆料，其中，所述大粒径金属粉与所述小粒径金属粉的质量比为(9～99)∶1。

3.根据权利要求1或2所述的太阳能电池用导电浆料，其中，所述导电金属粉选自铝粉、银粉或两者的混合物。

4.根据权利要求1所述的太阳能电池用导电浆料，其中，以所述太阳能电池导电浆料的总重量为基准，所述导电浆料包括60～85wt％的金属粉、0～5.0wt％的无机粘结剂玻璃粉、10～25wt％的有机载体、以及0.1～2.0wt％的添加剂。

5.根据权利要求1所述的太阳能电池用导电浆料，其中，所述无机粘结剂为玻璃粉，所述玻璃粉的成分包括氧化铋、氧化硼、二氧化硅、氧化钙、氧化铝、氧化锌、氧化镁、氧化锶中的一种或几种，所述无机粘结剂玻璃粉的中值粒径D₅₀为0.2-3.5μm、软化点为450-600℃。

6.根据权利要求1所述的太阳能电池用导电浆料，其中，所述有机载体包括有机溶剂和增稠剂，有机溶剂选自松油醇、丁基卡必醇、邻苯二甲酸二丁酯、丁基卡必醇醋酸酯中的两种或两种以上，所述增稠剂包括乙基纤维素、硝化纤维素、树脂中的一种或几种。

7.根据权利要求1所述的太阳能电池用导电浆料，其中，所述添加剂包括硫酸铵和环己酮。

8.一种太阳能电池用导电浆料制备方法，包括将氧化物粉末混合熔融、球磨制成无机粘结剂玻璃粉；将增稠剂溶解于有机溶剂制成有机载体；将无机粘结剂玻璃粉、粒径为4-6μm的大粒径金属粉、粒径为1-100nm小粒径金属粉及添加剂加入到有机载体中混合，研磨。

9.根据权利要求8所述的太阳能电池用导电浆料制备方法，其中，所述大粒径金属粉与所述小粒径金属粉的质量比为(9～99)∶1。

10.根据权利要求8或9所述的太阳能电池用导电浆料，其中，所述导电金属粉选自铝粉、银粉或两者的混合物。

11.根据权利要求8所述的太阳能电池用导电浆料制备方法，其中，以所述太阳能电池导电浆料的总重量为基准，所述导电浆料包括60～85wt％的金属粉、0～5.0wt％的无机粘结剂玻璃粉、10～25wt％的有机载体、以及0.1～2.0wt％的添加剂。

12.根据权利要求8所述的太阳能电池用导电浆料制备方法，其中，所述添加剂包括硫酸铵和环己酮。