CN102360584A - 含有炭黑助剂的光伏电池用导电浆料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种含有炭黑助剂的光伏电池用导电浆料及其制备方法，所述浆料由以下质量百分比的组份组成：导电相60~95%，无机粘结剂0.5~8%，有机载体2~40%，烧结抑制剂0.1~10%，添加剂0~10%，各组份的质量百分比之和为100%；所述烧结抑制剂为炭黑。基于本发明浆料所形成的浆料具有更高的烧结温度、更广的烧结温度范围和更少的烧结时间，抑制了热应力、微裂缝、硅片弯曲等不良现象的产生。
Description
技术领域
本发明涉及一种光伏电池用导电浆料及其制备方法，属于新材料技术领域。
背景技术
太阳能电池是一种基于光伏效应将太阳能转化为电能的半导体器件，又称光伏电池。根据转化材料的特性和电池结构的差异，太阳能电池可分为晶体硅太阳能电池、薄膜太阳能电池、纳米晶太阳能电池、有机太阳能电池等，其中以晶硅电池技术最为成熟。在当前的晶硅电池生产工艺中，制造商一般将厚膜导体浆料经丝网印刷、高温烧结后形成导电电极和背电场，从而获得高效率的电池片。
目前广泛应用于太阳能电池的厚膜浆料为银浆和铝浆。但是在烧结过程中，由于温度可高达950℃，以及金属银、铝的热膨胀系数和硅片相差较大，因而容易产生热应力，或者过烧，从而导致诸如翘曲、微裂纹、铝包、掉粉、电极附着力弱甚至脱落等不良现象。在浆料中添加烧结抑制剂可避免上述问题的发生，改善电池片的制造工艺。目前在这方面的公开报道比较少。专利CN101009334A公开了一种使用树脂酸盐作为烧结抑制剂的太阳能电池导体浆料，所制成的电极烧结温度和电池性能都有所改善，但是此类抑制剂在高温烧结后分解所剩下的金属离子，很可能会影响少数载流子的寿命，降低电池背场的吸杂效用，阻止了电池效率的进一步提升。
发明内容
本发明的目的在于提供一种既能抑制热应力又无残余物影响电池效率的含有炭黑助剂的光伏电池用导电浆料及其制备方法。
本发明的目的可通过以下技术方案来实现：一种含有炭黑助剂的光伏电池用导电浆料，其特征在于：所述浆料由以下质量百分比的组份组成：
导电相60~95%
无机粘结剂0.5~8%
烧结抑制剂0.1~10%
有机载体2~40%
添加剂0~10%
各组份的质量百分比之和为100%。
所述导电相组份为金属银粉或铝粉，也可含有一种或几种其它单质金属，包括Cu、Mo、Zn、Ag、Pd、Pt、Ni、Ti、In，含量为导电相总质量的0~15%。
所述无机粘结剂，即玻璃粉，为硅硼酸铋体系，不含铅等有毒有害元素。对玻璃粉的组成无特别要求，在某些条件下，可在玻璃粉中添加其它金属氧化物以改善某方面性能，包括但不限于如CaO、MoO3、V2O5、MgO、Ta2O5、ZrO2、BaO、Sb2O3等之中的一种或数种。
本发明所述烧结抑制剂为炭黑，含量为浆料总质量的0.1~10%。由于炭黑具有很强的红外吸收作用，因此可以抑制过烧结行为，减少热应力的产生和积聚，从而避免硅片裂纹、翘曲等不良现象的发生。这相当于能够提高浆料的烧结温度上限，改善烧结温度范围，因此可以提高烧结炉的带速，进一步减少烧结时间，从而提高了生产效率。烧结温度甚至可以提高到1000℃以上。对炭黑粒径没有严格限制，优选为80~150nm。可在电子显微镜下测得粒径值。
所述有机载体包括有机溶剂和增稠剂，二者的质量比为：有机溶剂:增稠剂=85~98 : 2~15。有机溶剂为松油醇、丁基卡必醇、苯甲醇、邻苯二甲酸二乙酯、卵磷脂、柠檬酸三丁酯的一种或几种；增稠剂为乙基纤维素、丙烯酸树脂、硝化纤维素、酚醛树脂、环氧树脂、聚甲基丙烯酸酯中的一种或几种。所述有机溶剂分为两份，其中总质量的50~80%和增稠剂混合制备所述有机载体，剩余的用于制备炭黑分散液。
本发明所述添加剂，一般为表面活性剂之类的助剂，包括但不限于消泡剂、增塑剂、分散剂、润湿剂、稳定剂、流平剂、润滑剂、触变剂中的一种或数种。此类添加剂可改善浆料某方面的性能。
本发明进一步的技术方案是，一种上述含有炭黑助剂的光伏电池用导电浆料的制备方法，其特征在于，将所述炭黑通过超声波分散的方式均匀分散在有机溶剂中，制成均一的炭黑分散液，随后与导电相、无机粘合剂、有机载体、添加剂充分搅拌混合，经三辊轧机反复研磨即得浆料。可在超声波分散仪中完成炭黑的分散。
更为详细的步骤如下：
（1）制备有机载体：按85~98 : 2~15的比例称取合适量的有机溶剂和增稠剂，将所称量有机溶剂分为两份，其中总质量的50~80%和增稠剂混合制备所述有机载体，剩余的用于制备炭黑分散液。
（2）制备炭黑分散液：将炭黑通过超声波分散的方式均匀分散在上述步骤（1）剩余的另一份有机溶剂中，即得炭黑分散液。
（3）制备浆料：将上述有机载体、炭黑分散液与导电相、无机粘结剂、添加剂充分混合后，倒入三辊轧机中反复研磨至一定的细度和粘度，即得太阳能电池用厚膜导体浆料。
炭黑是一种由碳元素组成，并含有少量氢、氧、硫等元素的粉末状物质，其主要应用是作为补强材料和填料提高橡胶制品（轮胎）的性能，橡胶用炭黑约占炭黑消耗量的94％，另外也可作为着色剂、紫外线屏蔽剂、导电剂和抗静电剂等。本发明基于炭黑的独特性能，开创了炭黑的一种新功能和应用，即作为材料高温烧结时的热抑制剂，以避免热应力的产生和积聚。这是因为炭黑具有很好的吸光性和反向散射效率，此外在空气或氧气中，温度为 450℃至 500℃之间开始分解，当温度达到900℃以上可以完全挥发而没有残余物。目前尚无炭黑这方面应用的公开报道。
与其它公开技术相比，本发明制备的银导体浆料具有如下特点：
1、由于添加了烧结抑制剂，浆料在烧结过程中避免了高温引发的热应力、硅片弯曲、微裂缝等现象的发生，从而有助于形成光滑平整的电极，改善电池外观，并提高了电极与硅片的附着力和剥离强度。
2、相对于树脂酸盐等烧结抑制剂，本发明所述炭黑可以完全分解为碳氧化合物挥发掉，没有剩余物残留在电极中影响电池效率的进一步提升，具有非常明显的优势。
3、炭黑的强吸收效用提高了浆料的烧结温度和温度范围，最高烧结温度甚至可提升到1000℃，不仅可以大幅减少烧结时间，同时也抑制了热应力的产生和积聚等不良现象。
具体实施方式
以下结合具体实施例进一步阐述本发明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非限制本发明的范围。凡基于以上内容所实现的技术，或者进行局部改动、修改，这些等价形式都属于本发明所附权利要求书保护的范围内。
实施例1：
称量银粉34.1g、玻璃粉1.3g、松油醇10.8g，乙基纤维素1.2g，以及炭黑烧结抑制剂1.7g、分散剂0.9g。将松油醇分成两份，质量分别为5g和5.8g；将乙基纤维素溶解在5.8g松油醇中制成有机载体，将炭黑通过超声波分散的方式分散在5g松油醇中制成炭黑分散液，最后将上述有机载体、炭黑分散液、银粉、玻璃粉和分散剂混合搅拌后在三辊轧机中研磨，细度13μm，粘度76kcps，即得晶硅太阳能电池用背电极银导体浆料。将此浆料，与市场上的太阳能电池正银、背铝浆料搭配，经丝网印刷在125×125mm的单晶硅片形成电极图案后，在高温段区间为750~950℃的链式烧结炉中焙烧成型，所得电极具有良好的焊接性能，180℃剥离实验测试拉力值为4.2N，电池转换效率18.02%。
实施例2：
称量铝粉49g、玻璃粉1.82g、松油醇11.49g，丁基卡必醇3.63g，乙基纤维素1.96g，以及炭黑烧结抑制剂2.38g。将乙基纤维素溶解在11.49g松油醇中制成有机载体，将炭黑通过超声波分散的方式分散在3.63g丁基卡必醇中制成炭黑分散液，最后将上述有机载体、炭黑分散液、银粉、玻璃粉混合搅拌后在三辊轧机中研磨，直至细度19μm，粘度81kcps，即得晶硅太阳能电池用铝浆料。将此浆料，与市场上的太阳能电池正银、背银浆料搭配，经丝网印刷在125×125mm的单晶硅片形成电极图案后，在高温段区间为600~980℃的链式烧结炉中焙烧成型，所得电池表面平整无裂缝、硅片不翘曲，无铝珠、铝包，附着力好，电池转换效率17.96%。
Claims (9)
1.一种含有炭黑助剂的光伏电池用导电浆料，其特征在于：所述浆料由以下质量百分比的组份组成：
导电相60~95%
无机粘结剂0.5~8%
有机载体2~40%
烧结抑制剂0.1~10%
添加剂0~10%
各组份的质量百分比之和为100%，
所述烧结抑制剂为炭黑。
2.根据权利要求1所述的一种含有炭黑助剂的光伏电池用导电浆料，其特征在于，所述炭黑粒径为80~150nm。
3.一种制备如权利要求1所述含有炭黑助剂的光伏电池用导电浆料的方法，其特征在于，将所述炭黑通过超声波分散的方式均匀分散在有机溶剂中，制成均一的炭黑分散液，随后与导电相、无机粘合剂和有机载体、添加剂充分搅拌混合，经三辊轧机反复研磨即得浆料。
4.根据权利要求1所述的一种含有炭黑助剂的光伏电池用导电浆料，其特征在于：所述导电相组份为金属银粉或铝粉。
5.根据权利要求4所述的一种含有炭黑助剂的光伏电池用导电浆料，其特征在于：所述导电相中含有一种或几种其它单质金属，该其它单质金属是Cu、Mo、Zn、Ag、Pd、Pt、Ni、Ti、In，含量为导电相总质量的0~15%。
6.根据权利要求1所述的一种含有炭黑助剂的光伏电池用导电浆料，其特征在于：所述无机粘结剂，即玻璃粉，为硅硼酸铋体系。
7.根据权利要求6所述的一种含有炭黑助剂的光伏电池用导电浆料，其特征在于：在玻璃粉中添加其它金属氧化物，该其它金属氧化物是CaO、MoO3、V2O5、MgO、Ta2O5、ZrO2、BaO、Sb2O3之中的一种或数种。
8.根据权利要求1所述的一种含有炭黑助剂的光伏电池用导电浆料，其特征在于：所述有机载体包括有机溶剂和增稠剂，二者的质量比为：有机溶剂:增稠剂=85~98 : 2~15；所述有机溶剂为松油醇、丁基卡必醇、苯甲醇、邻苯二甲酸二乙酯、卵磷脂、柠檬酸三丁酯的一种或几种；增稠剂为乙基纤维素、丙烯酸树脂、硝化纤维素、酚醛树脂、环氧树脂、聚甲基丙烯酸酯中的一种或几种；所述有机溶剂分为两份，其中总质量的50~80%和增稠剂混合制备所述有机载体，剩余的用于制备炭黑分散液。
9.根据权利要求1所述的一种含有炭黑助剂的光伏电池用导电浆料，其特征在于：所述添加剂，为消泡剂、增塑剂、分散剂、润湿剂、稳定剂、流平剂、润滑剂、触变剂中的一种或数种。
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