CN101964219B

CN101964219B - 晶体硅太阳能电池正面用银浆及其制备方法

Info

Publication number: CN101964219B
Application number: CN 201010249934
Authority: CN
Inventors: 汪贺杏; 胡文晋
Original assignee: SHANGHAI JIUJING ELECTRONIC MATERIAL Inc
Current assignee: SHANGHAI JIUJING ELECTRONIC MATERIAL Inc
Priority date: 2010-08-10
Filing date: 2010-08-10
Publication date: 2013-02-06
Anticipated expiration: 2030-08-10
Also published as: CN101964219A

Abstract

本发明涉及一种晶体硅太阳能电池正面用银浆及其制备方法，它是由微米级银粉、玻璃粉、有机载体、添加剂组成。该银浆的特点是触变性好适合印刷宽80-90μm，高温烧结后高30-35μm的栅线；玻璃粉的配方为B₂O₃ 3-8％；SiO₂12-15％；Bi₂O₃ 45-65％；Al₂O₃ 1-10％；ZnO 10-30％，软化温度在400-600℃，其完全无铅的配方的特点，符合环保要求。通过添加0.08-0.3％的二氧化锰增加了导体栅线和硅片表面的附着力，正面电极的剥离强度大，串联电阻大大降低。

Description

晶体硅太阳能电池正面用银浆及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种晶体硅太阳能电池正面用银浆及其制备方法，具有高触变性、高触变性、无铅的特点，属于太阳能电池的技术领域。

背景技术

晶体硅太阳能电池由于转换效率较高、生产工艺成熟，一直是太阳能发电的主体力量。它的主要制作过程是P型硅基材通过制绒在硅表面形成一层金字塔绒面，用三氯氧磷气相沉积在硅片表面形成一个PN结，化学气相沉积(PECVD)一层Si_xN_y防反射膜，印刷背面银浆，烘干，印刷背面铝浆，烘干，印刷正面银浆高温烧结。其中使用的正面银浆技术要求是要获得最大的受光面积的情况下导电性要好，最大程度的把硅片产生的电能输出来，这就要求银浆的触变性好，能印出高宽比大的栅线，烧结后开路电压大，串联电阻小，并联电阻大等。

硅太阳能电池用银浆的主要由有机载体、银粉、玻璃粉组成。

有机载体用于超细银粉形成膏状物，通常由溶剂、起粘稠作用的高分子聚合物和助剂构成，其挥发性能影响电子银浆的稳定性、银浆在烧成电极时工艺的升温曲线、膜层厚度以及触变性能。常用溶剂挥发量由低到高的顺序为：邻苯二甲酸二丁酯、丁基卡必醇醋酸酯、松油醇、松节油。在乙基纤维素和松油醇形成的体系中可以通过添加高挥发性的松节油或者控制丁基卡必醇醋酸酯和松油醇的相对含量来调节有机载体不同温度下的挥发性能。有机载体中溶剂挥发在150-200℃，乙基纤维素在325-375℃范围内挥发，因此在烧成电极时应该在这两个温度段保温。

对于特定体系丝网印刷银浆中的银粉粒径的大小，影响银硅接触界面的结构、欧姆接触的质量、太阳能电池的开路电压(Voc)和填充因子(FF)。颗粒尺寸影响PN结漏电流、接触状况、串联电阻和扩散层的饱和电流密度。银粉颗粒从超细变到大颗粒银硅接触界面发生了显著的变化。颗粒度超细的银粉由于其表面能很低在温度很低玻璃粘结剂还没有熔化的情况下就能够相互扩散烧结成致密的银块，不利于银在玻璃相中的溶解，玻璃相中银的饱和度太小，在随后的冷却过程中只有少量的银析出在硅片表面造成电池的串联电阻很大；较大颗粒的银粉，在烧结过程中结块的速度慢，玻璃相中银的溶解度比较大，冷却时银大量析出在硅片上，较大颗粒的结晶银造成漏电流的增大，严重时甚至可以穿透300nm左右的PN结。只有和玻璃粉匹配的银粉才有可能获得较好的电性能。

玻璃粉在烧结过程中液化开始溶解银并同时润湿和刻蚀防反射膜，它还有一个作用是提供基片和电极的黏结，目前市场上主要使用的是硼-硅-铅-铝、铋-硅-铅等玻璃体系，它们一个共同的特点就是含铅量较高不利于环保。这类银浆退出市场是必然的，我们通过对玻璃粉转化温度、刻蚀性能、粘度等方面的研究找到了一种无铅银浆的玻璃粉配方。

发明内容

本发明的目的是研制出了一种高触变性、无铅的太阳能电池正面用银导体电极银浆，以克服国内现有产品的缺陷。

本发明所需要解决的技术问题，可以通过以下技术方案来实现：

作为本发明的第一方面，一种晶体硅太阳能电池正面用银浆，其特征在于：所述银浆的配方由微米级银粉、玻璃粉、有机载体和添加剂组成，各组分的重量百分比如下：

微米级银粉 75-89％；

玻璃相 2-8％；

有机载体 7-15％；

添加剂 0.08-0.3％。

所述微米级银粉的颗粒为0.5-5μm，形态为类似长方体型的块状。银粉粒径小于0.5μm时，烧结后电池的开路电压高，串联电阻高，填充因子低，由于烧结过程中的收缩率大，烧制的正面银浆栅线容易产生裂纹。当银粉大于5μm时很难配制出高宽比在1∶3左右的高触变性银浆，在电性能方面，由于银粉表面积大，快速烧结过程中银在玻璃相中的溶解较少，电池性能也比较差。

所述玻璃粉为硼-铋-硅-铝硅酸盐体系，由B₂O₃、SiO₂、Bi₂O₃、Al₂O₃、ZnO组成，各组分的重量百分比如下：

B₂O₃ 3-8％；

SiO₂ 12-15％；

Bi₂O₃ 45-65％；

Al₂O₃ 1-10％；

ZnO 10-30％。

本发明玻璃粉的软化温度在400-600℃的范围内，玻璃粉的转化温度和软化特征在接触界面起来关键的作用。玻璃的转化温度也影响厚膜银导线的欧姆接触。高软化温度的玻璃粉在银硅接触界面形成了一层较薄的玻璃相。在烧结过程中高转化温度的玻璃粉在刻蚀掉氮化硅层和扩散层表面的硅后，存在于玻璃相中的银结晶速度较快在银硅接触界面析出了小颗粒的结晶银。这使得漏电流减小，开路电压(Voc)增大。

进一步，所述玻璃粉为无铅玻璃粉。

所述有机载体是由乙基纤维素溶于溶剂中形成的一种粘稠液体，有机载体的黏度用乙基纤维素的质量份数来调节。所述溶剂为松油醇、松节油、丁基卡比醇醋酸酯、邻苯二甲酸二丁酯的任意一种。

所述有机载体中乙基纤维素和溶剂的重量比为1∶50-1∶20。

有机相加入量为7-15％，不同试样中有机载体的加入量有所不同，一般要求在10转的情况下银浆的粘度是200-320Pa·s。

所述添加剂为二氧化锰，二氧化锰在银浆中降低接触电阻，增加电极的剥离强度。

作为本发明的第二方面，一种晶体硅太阳能电池正面用银浆的制备方法，如图1所示，包括以下步骤：

(1)原料的准备：

所述银浆的配方由微米级银粉、玻璃粉、有机载体和添加剂组成，各组分的重量百分比如下：

微米级银粉 75-89％；

玻璃相 2-8％；

有机载体 7-15％；

添加剂 0.08-0.3％；

(2)原料的预混合：

将步骤(1)各组分在搅拌器中预混合；

(3)反复滚扎：

在三辊轧机上反复滚扎30-40次，即可得到晶体硅太阳能电池正面用银浆。

所述银浆细度为8-12μm，25℃时粘度为200-320Pa·s。

再经过测试和包装后，可以出厂。

本发明的有益效果：

本发明采用完全无铅的配方，符合环保要求；

本发明通过添加0.08-0.3％的二氧化锰增加了导体栅线和硅片表面的附着力，正面电极的剥离强度大，串联电阻大大降低。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

为了使本发明的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

实施例1

将微米级银粉(平均粒径为0.8μm)86g，玻璃粉(B₂O₃ 6％；SiO₂ 12％；Bi₂O₃ 55％；Al₂O₃ 6％；ZnO 21％)3.5g，有机载体(溶剂∶乙基纤维素＝36.8∶1wt/wt)10.25g，MnO₂0.25g在混合容器中初步混合，然后在三辊轧机滚扎35次，得到晶体硅太阳能电池正面用银浆。该银浆细度为13μm，25℃时10转/分粘度为260Pa·s。

用此银浆丝网印刷在已经制绒、扩散、化学气相沉积(PECVD)、印刷好背银背铝的125×125的单晶硅片上，制备出太阳能电池，测定出开路电压(Voc)、短路电流(Isc)、串联电阻(Rs)、填充因子(FF)等，部分电池的测试数据平均值如下：开路电压(Voc)为0.620577、短路电流(Isc)为5.449805、串联电阻(Rs)为0.007850、填充因子(FF)为76.14816、负载功率(Pwv)为2.575398、转化效率为17.41108。栅线烧结后高度为31-36μm，附着力≥3N。

实施例2

将微米级银粉(平均粒径为1.5μm)86g，玻璃粉(B₂O₃ 6％；SiO₂ 12％；Bi₂O₃ 55％；Al₂O₃ 6％；ZnO 21％)2.8g，有机载体(溶剂∶乙基纤维素＝36.8∶1wt/wt)10.95g，MnO₂0.25g在混合容器中初步混合，然后在三辊轧机滚扎35次，得到晶体硅太阳能电池正面用银浆。该银浆细度为14μm，25℃时10转/分粘度为230Pa·s。

用此银浆丝网印刷在已经制绒、扩散、PECVD、印刷好背银背铝的125×125的单晶硅片上，制备出太阳能电池，测定出Voc、Isc、Rs、FF、FF等，部分电池的测试数据平均值如下：开路电压(Voc)为0.621225、短路电流(Isc)为5.462909、串联电阻(Rs)为0.007849、填充因子(FF)为76.11132、负载功率(Pwv)为2.583043、转化效率为17.42852。栅线烧结后高度为30-34μm，附着力≥3N。

实施例3

将微米级银粉(平均粒径为1.5μm)88g，玻璃粉(B₂O₃ 8％；SiO₂ 14％；Bi₂O₃ 48％；Al₂O₃ 6％；ZnO 24％)3.2g，有机载体(溶剂∶乙基纤维素＝36.8∶1wt/wt)8.55g，MnO₂0.25g在混合容器中初步混合，然后在三辊轧机滚扎35次，得到晶体硅太阳能电池正面用银浆。该银浆细度为12μm，25℃时10转/分粘度为220Pa·s。

用此银浆丝网印刷在已经制绒、扩散、PECVD、印刷好背银背铝的125×125的单晶硅片上，制备出太阳能电池，测定出Voc、Isc、Rs、FF等，部分电池的测试数据平均值如下：开路电压(Voc)为0.622331、短路电流(Isc)为5.458657、串联电阻(Rs)为0.008002、填充因子(FF)为76.32115、负载功率(Pwv)为2.56224、转化效率为17.32764。栅线烧结后高度为31-34μm，附着力≥3N。

实施例4

将微米级银粉(平均粒径为1.2μm)85g，玻璃粉(B₂O₃ 6％；SiO₂ 14％；Bi₂O₃ 60％；Al₂O₃ 4％；ZnO 16％)3.1g，有机载体(溶剂∶乙基纤维素＝36.8∶1wt/wt)11.65g，MnO₂0.25g在混合容器中初步混合，然后在三辊轧机滚扎35次，得到晶体硅太阳能电池正面用银浆。该银浆细度为12μm，25℃时10转/分粘度为280Pa·s。

用此银浆丝网印刷在已经制绒、扩散、PECVD、印刷好背银背铝的125×125的单晶硅片上，制备出太阳能电池，测定出Voc、Isc、Rs、FF等，部分电池的测试数据平均值如下：开路电压(Voc)为0.618662、短路电流(Isc)为5.459236、串联电阻(Rs)为0.007954、填充因子(FF)为76.40332、负载功率(Pwv)为2.573221、转化效率为17.45782。栅线烧结后高度为30-34μm，附着力≥3N。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims

1.一种晶体硅太阳能电池正面用银浆，其特征在于：将平均粒径为1.2μm微米级银粉85g，玻璃粉3.1g，有机载体11.65g，MnO₂0.25g在混合容器中初步混合，然后在三辊轧机滚扎35次，得到晶体硅太阳能电池正面用银浆；玻璃粉各组份重量含量为B₂O₃ 6％；SiO₂ 14％；Bi₂O₃ 60％；Al₂O₃ 4％；ZnO 16％；有机载体由溶剂∶乙基纤维素＝36.8∶1wt/wt配制。