CN102314955A

CN102314955A - 一种太阳能导电浆料及其制备方法及电极的制备方法

Info

Publication number: CN102314955A
Application number: CN2010102191058A
Authority: CN
Inventors: 姜俊刚; 赵科雄; 范建都; 白璐; 冯克光; 胡宇宁; 李燕燕
Original assignee: BYD Co Ltd
Current assignee: BYD Co Ltd
Priority date: 2010-06-30
Filing date: 2010-06-30
Publication date: 2012-01-11

Abstract

本发明属于太阳能电池技术领域，尤其涉及一种太阳能导电浆料及其制备方法以及电极的制备方法。该导电浆料包括金属粉、无机粘结剂以及有机载体；所述有机载体的熔点在40～200℃之间，沸点在100～380℃之间；所述太阳能导电浆料在常温下为固体。该导电浆料的制备方法包括：将有机载体加热形成熔融液，然后将金属粉以及无机粘结剂加入到所述熔融液中混合均匀，再冷却至室温。该电极的制备方法包括导电浆料加热熔融形成浆料，涂覆到硅片表面上、烘干、烧结形成电极。本发明的导电浆料不沉降，易保存运输。制成的电极图形失真小，厚度大，无气孔，致密，导电性好；制成的太阳能电池的光电转化效率高。

Description

一种太阳能导电浆料及其制备方法及电极的制备方法

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，尤其涉及一种太阳能导电浆料及其制备方法以及电极的制备方法。

背景技术

太阳能电池作为一种绿色能源，以其取之不竭、无污染、不受地域资源限制等优点越来越受到人们的重视。导电浆料是制作硅基太阳能电池的主要辅助材料。硅基太阳能电池一般通过将导电浆料涂覆在硅电池片上，然后干燥和烧结制备电极。

导电浆料一般为含有导电金属粉、无机粘结剂及有机载体的悬浮液。传统导电浆料中的有机载体主要是少量树脂和大量有机溶剂混合而成。这些树脂主要是乙基纤维素、硝酸纤维素和醋丁基纤维素等；有机溶剂主要为松油醇、二乙二醇丁醚等。上述树脂的主要有两个作用：1、调节浆料粘度，防止浆料沉降。2、触变作用，使浆料在静止状态下保持高粘度，而在运动状态下粘度变小。以便于涂覆。但这些树脂在浆料烘干过程中不能被除去，而在快速烧结过程中被氧化形成气体，在电极栅线内部形成孔洞。孔洞将会导致电极栅线的导电性变差，从而降低整体太阳能电池的光电转化效率。同时，现有的导电浆料在涂覆到电池表面容易出现流延，从而容易使图形失真。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：现有技术中的太阳能导电浆料，涂覆时图形易失真，形成的电极有孔洞、导电性差；从而提供一种涂覆不失真、电极导电性好的太阳能导电浆料。

一种太阳能导电浆料，其包括金属粉、无机粘结剂以及有机载体；所述有机载体的熔点在40℃～200℃之间，沸点在100℃～380℃之间；所述太阳能导电浆料在常温下为固体。

本发明的第二个目的是提供了一种上述太阳能导电浆料的制备方法。

一种太阳能导电浆料的制备方法，其包括：将有机载体加热形成熔融液，然后将金属粉以及无机粘结剂加入到所述熔融液中混合均匀，再冷却至室温。

本发明的第三个目的是提供了一种电极的制备方法。

一种电极的制备方法，其包括如下步骤：

(1)将太阳能导电浆料制备成熔融态的浆液；上述太阳能导电浆料为本发明所提供的导电浆料；

(2)将所述浆液涂覆在硅片的表面上形成图案，然后烘干、烧结。

本发明所提供的太阳能导电浆料，其在常温状态下为固体，从根本上解决了传统悬浮液态的导电浆料导致的沉降问题，易于运输和保存。本发明的导电浆料在涂覆后，由于有机载体具有高于室温的凝固点，所以在室温下能够迅速凝固，从而避免因导电浆料流延而导致的图形失真现象；传统导电浆料难以形成厚度较高的电极，而本发明的导电浆料可以形成相对较厚的电极，从而增大受光面积，减小电极电阻，从而提高太阳能电池的光电转化效率。本发明的导电浆料在涂覆之后的烘干过程中有机载体能够完全汽化挥发，在后续的烧结过程中不会形成气体孔洞，从而提高电极的导电性，亦提高太阳能电池的光电转化效率。

附图说明

图1为对比例1的电极显微镜放大图。

图2为实施例1的电极显微镜放大图。

图3为对比例1的电极截面SEM图。

图4为实施例1的电极截面SEM图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

其中，金属粉一般采用导电性较好的金属粉末。

本发明优选银粉、铝粉、银合金粉或铝合金粉中一种或几种。本发明金属粉的微观结构可以是球形，也可以是片状。

本发明优选金属粉的平均粒径为0.5～5μm。这样有助于金属粉在烧结过程中的合金化过程。

其中无机粘结剂的主要作用是使导电金属与硅基体紧密结合。

本发明的无机粘结剂优选玻璃粉。

玻璃粉可以通过商购获得，也可以自己制备。玻璃粉的制备方法为本领域技术人员所公知的，在此不做赘述。

本发明玻璃粉优选由碱土金属氧化物、氧化钡、氧化铅、氧化铝、氧化硅、氧化铋、氧化硼或氧化锌中几种组合炼制而成。

本发明玻璃粉的配方优选为氧化钡10～40wt％、一氧化铅0～60wt％、氧化铝3～10wt％、氧化硅2～20wt％、氧化铋5～30wt％、氧化硼2～15wt％、氧化锌0～5wt％、碱土金属氧化物0～5wt％。

本发明的玻璃粉的平均粒径优选为0.5～20μm。这样有利于浆料的分散和烧结过程中玻璃相的形成。

其中，有机载体的主要作用是分散无机粘结剂以及金属粉。

本发明的有机载体同常规太阳能导电浆料中的有机载体不同，在常温下是固体，而非液体。

本发明更优选有机载体的熔点在50～150℃之间，沸点在240～310℃之间。

本发明有机载体优选下列物质中一种或几种：羧酸、羧酸酐、酰胺、醇、酚、酮。

有机载体更优选为新戊醇、苯二酚、萘酚、二苯酮、丁二酸酐、顺丁烯二酸酐、邻苯二甲酸酐、乙酰胺、丙酰胺、苯甲酸中的一种或几种。

优选情况下，以导电浆料的总重量为基准，其中金属粉占70～95wt％，无机粘结剂占1～10wt％，有机载体占3～20wt％。

更优选为金属粉占75～90wt％，无机粘结剂占3～8wt％，有机载体占5～15wt％。

本发明的导电浆料中也可以含有添加剂。

优选情况下，本发明的导电浆料还可以包括消泡剂。

消泡剂为本领域技术人员所公知的，本发明优选硅油型、聚醚型或硅醚混合型中一种或几种。

优选情况下，本发明的导电浆料还可以包括分散助剂。

分散助剂亦为本领域技术人员所公知的，本发明优选焦磷酸钠、油酸或硬脂酸中一种几种。

上述消泡剂和分散助剂优选各占导电浆料总重量的0.1～2wt％。

一种太阳能导电浆料的制备方法，其包括：将有机载体加热形成熔融液，然后将金属粉以及无机粘结剂加入到所述熔融液中混合均匀。

本发明优选的具体操作为：先将金属粉以及玻璃粉按照配比在搅拌机中充分搅拌混合，然后将有机载体加热，使其完全成为熔融态，再将金属粉和玻璃粉的混合料按照配比加入到有机载体的熔融液中，混合搅拌，使金属粉以及玻璃粉在熔融液中完全分散。

若现场直接使用的话，混合均匀后直接可用于印刷电极。

当然，也可以冷却到室温，变成便于运输和保存的导电浆料产品。待使用时熔融即可。

一种电极的制备方法，其包括如下步骤：

步骤(1)中，若采用现场直接制备的方法，则制备成熔融态的浆液只需要将制备中混匀的熔融液直接作为浆液即可。即制备熔融态浆料为：先将金属粉以及玻璃粉按照配比在搅拌机中充分搅拌混合，然后将有机载体加热，使其完全成为熔融态，再将金属粉和玻璃粉的混合料按照配比加入到有机载体的熔融液中，混合搅拌，使金属粉以及玻璃粉在熔融液中完全分散。这样就形成的涂覆用的浆液。

若采用购买或者运输过来的导电浆料，即采用常温下的固态导电浆料；则通过加热来制备熔融态的浆液。加热的目的是将太阳能导电浆料中的有机载体熔融，从而使导电浆料形成金属粉和无机粘结剂分散在液态有机载体中的浆液。

本发明优选将浆液的温度加热到高于有机载体的熔点5～20℃。例如有机载体为乙酰胺的话，则需将浆液加热到87～102℃(乙酰胺的熔点为82℃)。

若有机载体为单一组分，则有机载体的熔点即该组分的熔点。

若有机载体为多组分，则有机载体的熔点可认为熔点最高的组分的熔点。

这样，可以保证浆料中的有机载体充分熔融，并且使浆料的粘度适中，易于后续的涂覆工序操作。

将熔融态的导电浆料涂覆到硅片表面上形成图案。再烘干、烧结形成电极栅线。

涂覆的方式一般选用丝网印刷。

烘干的目的是使导电浆料中有机载体挥发。

本发明优选在250～450℃下烘干5～60s。

烧结的目的是通过高温使玻璃粉熔化起到粘结作用，同时将导电金属与硅基体形成导电合金。

烧结操作为本领技术人员所公知的操作，本发明优选在500～950℃下烧结3～60s。

本发明的电极制备方法，导电浆料不流延，图形失真小。可以使电极的印刷厚度提高，从而有利于减少电极电阻以及增大受光面积。

以下结合具体实施例对本发明作进一步的阐述和说明。

实施例1

金属粉：平均粒径为3μm的球状银粉

无机粘结剂：40wt％PbO、20wt％Bi₂O₃、5wt％Al₂O₃、5wt％ZnO、15wt％B₂O₃、10wt％SiO₂、5wt％CaO混炼而成的玻璃粉，其平均粒径为15μm。

有机载体：乙酰胺

将85重量份的金属粉、4重量份的玻璃粉以及0.3重量份的添加剂二甲基硅油充分搅拌混合。然后将混合物加入到10.7重量份熔融的乙酰胺(m.p 82℃)中，在转速2000rad/min下搅拌5h。然后冷却到常温，得到太阳能电池负极浆料A1。

实施例2

与实施例1所不同的是，有机载体为丁二酸酐(m.p 119℃)。其他部分同实施例1。制成太阳能电池负极浆料A2。

实施例3

与实施例1所不同的是，有机载体为新戊醇(m.p 53℃)。其他部分同实施例1。制成太阳能电池负极浆料A3。

实施例4

与实施例1所不同的是，有机载体为邻苯二酚(m.p 105℃)。其他部分同实施例1。制成太阳能电池负极浆料A4。

实施例5

与实施例1所不同的是，有机载体为苯甲酸(m.p 123℃)。其他部分同实施例1。制成太阳能电池负极浆料A5。

实施例6

与实施例1所不同的是，金属粉为平均粒径为3微米的球状铝粉。其他部分同实施例1。制成太阳能电池负极浆料B1。

实施例7

与实施例6所不同的是，有机载体为α-萘酚(m.p 94℃)。其他部分同实施例6。制成太阳能电池正极浆料B2。

对比例1

与实施例1所不同的是，有机载体为乙基纤维素3wt％、醋丁基纤维素3wt％；有机溶剂松油醇94wt％的混合物。其他部分同实施例1。制成太阳能电池负极浆料AC1。

对比例2

与对比例1所不同的是，金属粉为平均粒径为3微米的球状铝粉。其他部分同对比例1。制成太阳能电池负极浆料BC1。

性能测试：

测试电池的制备：

将实施例1-5与对比例1-2的导电浆料按照本发明的方法制备成电极，(其中，加热熔融温度高于有机载体的熔点10℃，烘干的温度高于有机载体的沸点30℃，在温度从500℃均匀递增到800℃分布的烧结炉中烧结30s；然后以40℃/s的速率冷却到常温。)并制成太阳能电池。其中硅片大小为156*156mm；正面采用银浆A1-A5以及AC1，背面采用铝浆B1-B2以及BC1。

采用BERGER single cell tester太阳电池性能分选机对上述制作的太阳能电池进行测试。测试条件为AM1.5。测试结果见表1。

表1

太阳能电池	串联电阻mΩ	转化效率％
			A1和B2	3.025	16.581
A2和B2	3.131	16.479
			A3和B2	3.104	16.505
A4和B1	3.052	16.498
			A5和B1	3.089	16.601
AC1和BC1	3.362	16.323

从图1以及图2可以看出，本发明的导电浆料的流延小，图形失真小，电极栅线笔直。从图3以及图4可以看出，本发明的导电浆料制成的电极致密，无气孔。

从表1可以看出，本发明的导电浆料制成的太阳能电池的串联电阻，相比对比例1有了大幅度的缩小，这说明本发明的导电浆料制成的电极均匀致密，导电性能优越。并且本发明的导电浆料制成的太阳能电池的光电转化效率也有了大幅的提升。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种太阳能导电浆料，其特征在于：其包括金属粉、无机粘结剂以及有机载体，所述金属粉和无机粘结剂分散在所述有机载体中；所述有机载体的熔点在40～200℃之间，沸点在100～380℃之间；所述太阳能导电浆料在常温下为固体。

2.根据权利要求1所述太阳能导电浆料，其特征在于：所述有机载体的熔点在50～150℃之间，沸点在240～310℃之间。

3.根据权利要求1所述太阳能导电浆料，其特征在于：所述有机载体包括羧酸、羧酸酐、酰胺、醇、酚或酮中的一种或几种。

4.根据权利要求3所述太阳能导电浆料，其特征在于：所述有机载体为新戊醇、苯二酚、萘酚、二苯酮、丁二酸酐、顺丁烯二酸酐、邻苯二甲酸酐、乙酰胺、丙酰胺、苯甲酸中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述太阳能导电浆料，其特征在于：以导电浆料的总重量为基准，所述金属粉占70～95wt％，所述无机粘结剂占1～10wt％，所述有机载体占3～20wt％。

6.根据权利要求1所述太阳能导电浆料，其特征在于：所述金属粉为银粉、铝粉、银合金粉、铝合金粉中一种或几种。

7.根据权利要求6所述太阳能导电浆料，其特征在于：所述金属粉的平均粒径为0.5～5μm。

8.根据权利要求1所述太阳能导电浆料，其特征在于：还包括消泡剂，所述消泡剂为硅油型、聚醚型或硅醚混合型中的一种或几种。

9.根据权利要求1所述太阳能导电浆料，其特征在于：还包括分散助剂，所述分散助剂为焦磷酸钠、油酸或硬脂酸中一种或几种。

10.一种权利要求1所述的太阳能导电浆料的制备方法，其包括：将有机载体加热形成熔融液，然后将金属粉以及无机粘结剂加入到所述熔融液中混合均匀。

11.一种电极的制备方法，其包括如下步骤：

(1)将权利要求1～9所述的太阳能导电浆料制备成熔融态的浆液；