CN102280161B - 一种晶硅太阳能电池正面电极用导电浆料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种晶硅太阳能电池正面电极用导电浆料及其制备方法，所述浆料由一定重量份数比的导电金属粉，熔点为350℃～800℃的银、锌、锡、硅、铜、镁、锗、金、铍、铝、铟、铈、镧、镓、铋、镍元素中两种或两种以上元素形成的合金粉，有机载体，过渡金属氧化物、氧化铅、二氧化锡、氧化锌、锌的有机化合物、钛的有机化合物中一种或几种的混合物混合研磨制备而成。本发明不采玻璃粉为无机粘结剂，克服了现有技术中晶硅太阳能电池因正面电极用导电浆料添加玻璃粉而引起的电性能差、可焊性及耐焊性不好、硅片弯曲等问题，用该浆料制备的晶硅太阳能电池正面电极附着牢固，欧姆接触好、可焊性好、耐焊性好，太阳能电池电性性能优越、变形小。

Description

一种晶硅太阳能电池正面电极用导电浆料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种电子浆料及其制备方法，尤其是一种晶硅太阳能电池正面电极用导电浆料及其备方法。

背景技术

太阳能是一种取之不尽，用之不竭的清洁型能源，随着煤炭，石油等不可再生能源的日益枯竭，开发、利用太阳能成为一大热点，太阳能电池就是利用太阳能的一种重要手段。太阳能电池可分为晶体硅太阳能电池、薄膜太阳能电池、化合物半导体薄膜太阳能电池和光电化学太阳能电池等类型，但工业化生产的主要还是晶硅太阳能电池。

作为晶硅太阳能电池最为核心的组成部份，电池片为将光照下产生的电流收集并导出，需要在正面及背面上制作两个电极。制造电极的方法很多，丝网印刷及共烧是目前最为普遍的一种生产工艺。

晶硅太阳能电池正面电极用导电浆料与背面电极用导电浆料、铝背场用浆料采用丝网印刷的方式涂附硅片上，并通过共烧结在硅片正面形成正面电极。

共烧结后的晶硅太阳能电池正面电极必须附着牢固、不落灰，硅片变形小，并且易于焊接，便于用导线将光照产生的电流收集并导出。

与同为电极用导电浆料的硅太阳能电池背面电极用导电浆料相比，硅太阳能电池正面电极用导电浆料必需具备穿透氮化硅减反射膜的能力。性能要求的不同，造成硅太阳能电池正面电极用导电浆料与硅太阳能电池背面电极用导电浆料配方甚至生产工艺上存在较大的差异。

现有技术中晶硅太阳能电池正面电极用导电浆料由银粉、玻璃粉、添加剂、有机载体组成。其中玻璃粉作为无机粘接将导电性能优越的银粉与硅基片粘接为一体，同时在共烧结时，玻璃粉熔化穿透氮化硅减反射膜使银粉与硅基片之间形成良好的欧姆接触。中国发明专利ZL200910094945.3、ZL200910304312.0以及申请号为200810025430.3的发明专利就是此类技术的典型代表。

作为无机粘接剂的玻璃粉大都含有对环境污染严重的氧化铅、氧化镉，为此中国发明专利ZL200910304312、ZL200910218651.7用无铅玻璃粉替代有铅玻璃；作为无机粘接剂的玻璃粉为无机氧化物，导电性能差，引入后会降低正面电极的导电性能，申请号为200910026144.3的中国发明专利在玻璃粉中引入钌元素以提高电性能；作为无机粘接剂的玻璃粉与硅基片的膨胀系数相差较大，极易使硅基片弯曲变形，甚至使硅基片破碎，中国发明专利ZL200910094945.3在保留玻璃粉的同时引入硅合金粉以降低弯曲变形；作为无机粘接剂的玻璃粉为无机氧化物，焊接性能差，引入后降低了电极的可焊性与耐焊性。

玻璃粉在晶硅太阳能电池正面电极用导电浆料虽然存在种种弊病，但作为无机粘接剂及共烧结时氮化硅减反射膜的熔化穿透减材料，玻璃粉在现有技术中依然是晶硅太阳能电池正面电极用导电浆料必不可少的成份。

发明内容

本发明的目的是提供一种晶硅太阳能电池正面电极用导电浆料及其制备方法，以解决现有技术中存在的上述问题。采用本发明浆料所形成的晶硅太阳能电池正面电极，导电性优良、附着牢固、焊接性好；所制作的太阳能电池电性能优越，变形小。

本专利的发明人经过反复多次试验，发现熔点为350℃～800℃的银、锌、锡、硅、铜、镁、锗、金、铍、铝、铟、铈、镧、镓、铋、镍元素中两种或两种以上元素形成的合金粉在氧化锌、二氧化锡等无机氧化物的协同作用下，在600℃左右可同氮化硅发生反应并破坏氮化硅减反射膜，从而寻找到玻璃粉的替代材料。

熔点为350℃～800℃，银、锌、锡、硅、铜、镁、锗、金、铍、铝、铟、铈、镧、镓、铋、镍元素中两种或两种以上元素形成的合金粉与玻璃粉一样，具备将导电性能优越的金属粉与硅基片粘接为一体的能力，与玻璃粉比较，导电性能优越、可焊性及耐焊性好、膨胀系数更接近硅基片。熔点为350℃～800℃，银、锌、锡、硅、铜、镁、锗、金、铍、铝、铟、铈、镧、镓、铋、镍元素中两种或两种以上元素形成的合金粉替代玻璃粉后，晶硅太阳能电池正面电极用导电浆料因含有玻璃粉而存在的种种技术难题迎刃而解。

本发明公开了一种晶硅太阳能电池正面电极用导电浆料，其特征在于这种浆料由导电金属粉，熔点为350℃～800℃，银、锌、锡、硅、铜、镁、锗、金、铍、铝、铟、铈、镧、镓、铋、镍元素中两种或两种以上元素形成的合金粉，有机载体，过渡金属氧化物、氧化铅、二氧化锡、氧化锌、锌的有机化合物、钛的有机化合物中一种或几种的混合物混合制备而成，上述各组分的重量份比如下：

导电金属粉                                                            60～85份

熔点为350℃～800℃，银、锌、锡、硅、铜、镁、锗、金、铍、铝、铟、铈、镧、镓、铋、镍元素中两种或两种以上元素形成的合金粉                                1～10份

有机载体                                                                8～25份

过渡金属氧化物、氧化铅、二氧化锡、氧化锌、锌的有机化合物、钛的有机化合物中一种或几种的混合物                                                                                0.1～5份

所述导电金属粉为银粉、银包铜粉中的一种或两者的混合物。铜的导电性能好，价格便宜是银的最佳替代材料，但超细铜粉化学性能比较活泼，易氧化，不能在导电浆料中应用。将铜粉用银包覆后可防止铜的氧化，同时提高导电性能。银包铜粉的选用，可大幅降低晶硅太阳能电池正面电极用导电浆料的成本。

所述熔点为350℃～800℃的银、锌、锡、硅、铜、镁、锗、金、铍、铝、铟、铈、镧、镓、铋、镍元素中两种或两种以上元素形成的合金粉共烧结时，熔化并在过渡金属氧化物、氧化铅、二氧化锡、氧化锌、锌的有机化合物、钛的有机化合物中一种或几种的混合物的协助下穿透氮化硅减反膜与硅基片正面形成良好的欧姆接触。

所述有机载体由聚合物和有机溶剂混合溶解而成，所述聚合物为乙基纤维素、酚醛树脂、环氧树脂、聚乙烯醇缩丁醛、聚酰胺树脂、聚氨酯树脂、聚酯树脂、丙烯酸树脂中的一种或几种的混合物；所述有机溶剂为苯甲醇、松节油、松油醇、二乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚醋酸酯、柠檬酸三乙酯、柠檬酸三丁酯、乙酰化柠檬酸三丁酯、卵磷脂、二乙二醇乙醚中一种或几种的混合物。

所述过渡金属氧化物、氧化铅、二氧化锡、氧化锌、锌的有机化合物、钛的有机化合物中一种或几种的混合物，优选二氧化锡、氧化锌、锌的有机化合物、二氧化钛、钛的有机化合物中一种或几种的混合物；共烧结时，其协助熔点为350℃～800℃的银、锌、锡、硅、铜、镁、锗、金、铍、铝、铟、铈、镧、镓、铋、镍元素中两种或两种以上元素形成的合金粉穿透氮化硅减反层，与硅片正面形成良好的欧姆接触。

制备本发明的晶硅太阳能电池正面电极用导电浆料的方法依次由以下步骤组成： 

（1）将聚合物溶于有机溶剂中，形成有机载体；

（2）将导电金属粉，熔点为350℃～800℃的银、锌、锡、硅、铜、镁、锗、金、铍、铝、铟、铈、镧、镓、铋、镍元素中两种或两种以上元素形成的合金粉，有机载体，过渡金属氧化物、氧化铅、二氧化锡、氧化锌、锌的有机化合物、钛的有机化合物中一种或几种的混合物混合均匀；

（3）经三辊研磨机研磨，制成晶硅太阳能电池正面电极用导电浆料。

具体实施方式

下面结合具休实施事例，进一步阐述本发明。

实施例1  

将15克乙基纤维素、5克酚醛树脂，加到10克松油醇、45克二乙二醇丁醚、10克柠檬酸三丁酯的混合溶液中，并于50℃～80℃下分散混合均匀，形成清彻透明有机载体备用；取20克上述有机载体，加入75克银粉，5克熔点为450℃的银-金-锗合金粉，1克氧化锌，充分混合均匀，然后用三辊研磨机研磨制3次制成晶硅太阳能电池正面电极用导电浆料。

实施例2

将15克乙基纤维素、5克酚醛树脂，加到10克松油醇、50克二乙二醇丁醚、10克柠檬酸三丁酯的混合溶液中，并于50℃～80℃下分散混合均匀，形成清彻透明有机载体备用；取20克上述有机载体，加入50克银粉，25克银重量含量为25%的银包铜粉、5克熔点为450℃的银-金-锗合金粉，1克氧化锌，充分混合均匀，然后用三辊研磨机研磨制3次制成晶硅太阳能电池正面电极用导电浆料。

实施例3 

将20克乙基纤维素加到10克松油醇、55克二乙二醇丁醚、10克柠檬酸三丁酯的混合溶液中，并于50℃～80℃下分散混合均匀，形成清彻透明有机载体备用；取20克上述有机载体，加入75克银粉，5克熔点为450℃的银-金-锗合金粉，1克二氧化锡，充分混合均匀，然后用三辊研磨机研磨制3次制成晶硅太阳能电池正面电极用导电浆料。

将制备的晶硅太阳电池正面电极用导电浆料，在晶硅太阳能电池生产线上经丝网印刷、烘干、共烧结形成晶硅太阳能电池片后，观察晶硅太阳能电池片表面状态并测量焊接性能、弯曲度、短路电流（Isc），开路电压（Voc），填充因子（FF），光电转换效率。

    表1

如表1所示，采用本发明制备的硅太阳能电池正面电极用导电浆料，所生产的硅太阳能电池，表面状态好，弯曲小，电性能优越，满足硅太阳能电池组件的组装要求。

Claims (5)

1.一种晶硅太阳能电池正面电极用导电浆料，其特征在于这种浆料由导电金属粉，熔点为350℃～800℃的银、锌、锡、硅、铜、镁、锗、金、铍、铝、铟、铈、镧、镓、铋、镍元素中两种或两种以上元素形成的合金粉，有机载体，过渡金属氧化物、氧化铅、二氧化锡、氧化锌、锌的有机化合物、钛的有机化合物中一种或几种的混合物混合制备而成，上述各组分的重量份比如下：

导电金属粉                                                            60～85份

熔点为350℃～800℃的银、锌、锡、硅、铜、镁、锗、金、铍、铝、铟、铈、镧、镓、铋、镍元素中两种或两种以上元素形成的合金粉                                1～10份

有机载体                                                                8～25份

过渡金属氧化物、氧化铅、二氧化锡、氧化锌、锌的有机化合物、钛的有机化合物中一种或几种的混合物       0.1～5份。

2.根据权利要求l所述的一种晶硅太阳能电池正面电极用导电浆料，其特征在于：所述导电金属粉为银粉、银包铜粉中的一种或两者的混合物。

3.根据权利要求l所述的一种晶硅太阳能电池正面电极用导电浆料，其特征在于：所述有机载体由聚合物和有机溶剂混合溶解而成，所述聚合物为乙基纤维素、酚醛树脂、环氧树脂、聚乙烯醇缩丁醛、聚酰胺树脂、聚氨酯树脂、聚酯树脂、丙烯酸树脂中的一种或几种的混合物；所述有机溶剂为苯甲醇、松节油、松油醇、二乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚醋酸酯、柠檬酸三乙酯、柠檬酸三丁酯、乙酰化柠檬酸三丁酯、卵磷脂、二乙二醇乙醚中一种或几种的混合物。

4.根据权利要求l所述的一种晶硅太阳能电池正面电极用导电浆料，其特征在于：所述过渡金属氧化物、氧化铅、二氧化锡、氧化锌、锌的有机化合物、钛的有机化合物中一种几种的混合物中，优选二氧化锡、氧化锌、锌的有机化合物、二氧化钛、钛的有机化合物中一种或几种的混合物。

5.根据权利要求1所述的晶硅太阳能电池正面电极用导电浆料，其特征在于制备过程包括：

（1）将聚合物溶于有机溶剂中，形成有机载体；

（2）将导电金属粉，熔点为350℃～800℃的银、锌、锡、硅、铜、镁、锗、金、铍、铝、铟、铈、镧、镓、铋、镍元素中两种或两种以上元素形成的合金粉，有机载体，过渡金属氧化物、氧化铅、二氧化锡、氧化锌、锌的有机化合物、钛的有机化合物中一种或几种的混合物混合均匀；

（3）经三辊研磨机研磨，制成晶硅太阳能电池正面电极用导电浆料。