CN102456427A

CN102456427A - 一种导电浆料及其制备方法

Info

Publication number: CN102456427A
Application number: CN2010105287917A
Authority: CN
Inventors: 郭冉; 谭伟华; 周勇
Original assignee: BYD Co Ltd
Current assignee: BYD Co Ltd
Priority date: 2010-10-30
Filing date: 2010-10-30
Publication date: 2012-05-16

Abstract

本发明提供了一种导电浆料，所述导电浆料中含有银粉、玻璃粉和有机载体；所述银粉的平均粒径为0.05-0.8μm，所述玻璃粉中含有Ag的化合物。本发明的导电浆料，通过采用超细银粉作为主要成分，能大幅降低烧结温度，缩短烧结时间；同时，通过在玻璃粉中添加Ag的化合物，有利于均匀快速的形成Ag-Si金属间化合物，降低电极和太阳能基片的接触电阻。本发明能够有效降低太阳能电池生产的能耗、提高生产效率，同时能保证太阳能电池片具有较好的光电转化效率。

Description

一种导电浆料及其制备方法

技术领域

本发明属于太阳能电池领域，尤其涉及一种导电浆料及其制备方法。

背景技术

目前，太阳能作为清洁能源，得到迅猛发展，太阳能电池是光伏发电的主要部件。太阳能电池的电极包括正面电极和背面电极，正、背面电极一般是将正、背面导电浆料印刷在太阳能电池片的正、背面，后烧结制成正面电极、背电场和背电极。正面导电浆料一般为银浆料，主要包括银粉、玻璃粉和有机载体。其在太阳能电池的制备过程中，能通过熔融状态的玻璃粉来溶解n型硅表面的减反射膜，实现浆料与硅片的接触；同时，浆料中的银粉溶解于熔融状态的玻璃粉中，并在降温过程中析出，与硅基片形成低电阻的Ag-Si金属间化合物，从而降低正面电极与太阳能基片之间的接触电阻。但由于太阳能电池的背面为能在硅片背面形成的n型区域内，使n型硅反型为p型硅，同时在电池片背面形成一个反射光子的铝箔和一个收集电池片背面电流的背电场，而采用铝浆，其主要成分金属铝的熔化温度在630度附近，正、背面电极的烧结温度过高，容易诱发铝液珠的形成，而在电池背面产生鼓包现象，影响电池性能。

为了降低能耗、提高生产效率、解决高温烧结下所可能产生的背面鼓包现象，现有有开发可低温快速烧结的导电浆料。

在太阳能电池正面导电浆料中，采用超细银粉可以将烧结温度降低到700℃以下。但是，当采用超细银粉时，在电极烧结时银粉会过早的致密化，在玻璃粉中的溶解速度和溶解量会大大降低；同时，由于玻璃粉在低温下本身内部的对流能力下降，也阻碍了Ag在玻璃粉中的迁移，进而使得低电阻的Ag-Si金属间化合物难以形成，电极与硅基片之间的接触电阻增大，最终影响太阳能电池的光电转化效率。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中，采用超细银粉实现低温快速烧结时所存在的：电极与硅基片之间的接触电阻大、电池光电转化效率低的问题。

本发明提供一种可降低太阳能电池生产的能耗，提高生产效率和电池片的光电转化效率，并且能间接的抑制太阳能背面铝电场的鼓包现象的低温快速烧结的导电浆料。

本发明的导电浆料，含有银粉、玻璃粉和有机载体；其中，银粉的平均粒径为0.05-0.8μm；玻璃粉中含有Ag的化合物。

本发明意外发现采用含有Ag的化合物的玻璃粉与超细银粉结合的导电浆料，在实现低温快速烧结、降低能耗、避免背面鼓包现象的同时，所得太阳能电池片还能够达到较高的光电转化效率，推测其原因可能为：在玻璃粉中添加Ag的化合物，有利于均匀快速的形成Ag-Si金属间化合物，降低电极和太阳能基片的接触电阻，从而提高了生产效率和电池片的光电转化效率。

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。

为了解决现有技术中，采用超细银粉实现低温快速烧结时所存在的：电极与硅基片之间的接触电阻大、电池光电转化效率低的问题。本发明提供一种可低温快速烧结的导电浆料，导电浆料中含有银粉、玻璃粉和有机载体，其中银粉的平均粒径为0.05-0.8μm；玻璃粉中含有Ag的化合物。

本发明通过采用超细银粉作为浆料的导电介质主体，使浆料能在700℃以下完成烧结。同时在玻璃粉制备过程中就加入Ag的化合物，减少了高温烧结过程中Ag粉末溶入玻璃粉的过程，而且不影响玻璃粉析出Ag，形成Ag-Si金属间化合物。

以导电浆料的质量为基准，超细银粉的含量为60-90％、玻璃粉的含量为1-10％、有机载体的含量为6-35％。优选情况下，以导电浆料的质量为基准，超细银粉的含量为75-85％、玻璃粉的含量为2-6％、有机载体的含量为9-20％。

本发明中的超细银粉，其平均粒径为0.05-0.8μm，最大粒径不超过1μm。优选情况下，可采用平均粒径为0.1-0.3μm的超细银粉。

本发明中的超细银粉纯度大于99.9％；超细银粉的振实密度大于3.5g/cm³，进一步优化导电浆料的性能，防止银粉间距过大或者出现内部孔洞，进而提高高温烧结后银电极的孔隙率，避免电导率的下降。

其中所含Ag的化合物一般为Ag的无机化合物，具体可为氧化银、硝酸银、碳酸银、硫酸银、磷酸银、醋酸银等各种含银物质。

玻璃粉中所添加的Ag的化合物，以玻璃粉的质量为基准，玻璃粉中Ag的含量优选为2.6-8.7％；进一步优选为3.5-7％。具体Ag的化合物的含量根据折算为Ag的含量而定，比如：以玻璃粉的质量为基准，若玻璃粉中加入Ag₂O，则含量为3-10％，优选Ag₂O的含量为4-8％；若玻璃粉中加入Ag₂CO₃，则含量为3-11％，优选Ag₂CO₃的含量为4.5-9％。

本发明中的玻璃粉，其他成分不作其他特殊限定，可采用Pb-Zn-B、Pb-Si-Zn、Pb-Si-B或者无铅玻璃体系。根据所用浆料和基底硅片的不同特点，可加入玻璃性能调节成分，如采用Al₂O₃、TiO₂、SiO₂、ZrO₂等降低热膨胀系数、采用B₂O₃、碱金属氧化物降低玻璃软化点和提高润湿性、加入Al₂O₃、TiO₂、ZrO₂耐酸性能、加入ZnO增加化学稳定性和调节热膨胀系数等。优选玻璃软化点在400℃-600℃，粒径分布在0.5-20μm范围内。进一步优选，玻璃软化点在480-550℃，粒径分布在1-5μm范围内。

本发明中的有机载体包含有机溶剂、树脂和有机添加剂。

以有机载体的质量为基准，有机载体中，有机溶剂的含量为60-90％、树脂含量为5-20％、有机添加剂含量为0.1-10％。

本发明中的有机溶剂可为松油醇、尼龙酸甲酯(DBE)、异弗尔酮、丁卡、丁卡脂等高沸点有机溶剂中的一种或多种；其主要作用在于溶解树脂并有效的分散无机粉体颗粒，使浆料有良好的施工性能。有机溶剂在100-200℃从浆料中完全挥发。

本发明中的树脂为主要成膜物质，用于保持施工后到烧结前段整个周期内的电极图案的形貌、厚度和对硅基材料的附着力；该类物质可以为乙基纤维素及其衍生物、环氧树脂、丙烯酸树脂、酚醛树脂、醇酸树脂、乙烯基树脂、橡胶等中的一种或多种。

本发明中的添加剂包括增塑剂、表面活性剂、消泡剂、润湿分散剂或触变剂等，用量根据施工方式和具体工艺作一定调整。通常情况下，增塑剂可选择邻苯二甲酸酯类、表面活性剂可选择硬脂酸盐、消泡剂可选择2-乙基己醇，润湿分散剂可选择卵磷脂等、触变剂可以选择氢化蓖麻油等常用试剂。

本发明的导电浆料的制备方法主要包括：将玻璃粉、银粉加入有机载体中，加热搅拌；后混合、研磨；其中，银粉的平均粒径为0.05-0.8μm；玻璃粉中含有Ag的化合物。

本发明的导电浆料的制备方法可以为：将玻璃粉、超细银粉依次加入有机载体中，加热搅拌，使浆料基本均匀，外观平滑；再用三辊研磨机混合、研磨。

一般玻璃粉、银粉、有机载体可以采用本领域技术人员公知的各种技术制备。例如银粉可直接商购得到；玻璃粉可以通过将各组分化合物按比例分散、烘干、熔融、冷却后得到；有机载体可以通过将有机溶剂、树脂粘合剂和有机添加剂混合加热后，搅拌分散制得。

具体的制备本发明的导电浆料的方法可依次由以下步骤组成：

a.将玻璃粉中各成分按质量比例在精度为0.01g的天平上称量后，加入一定量的水和分散剂，在分散搅拌机中混合0.5h；

b.将分散混合的玻璃浆在150℃烘干，转入1300℃的马弗炉中加热0.5h；

c.将熔融澄清的玻璃倒入常温去离子水中；

d.将冷却的玻璃料放入500ml球磨罐，每罐放入200g玻璃料、400g直径10mm的氧化锆球和一定量的水，在高能行星球磨机中球磨8h，转速400r/min，制得平均粒径在1-2μm的玻璃粉；

e.将有机溶剂、树脂粘合剂和有机体添加剂混合物加热至60℃，采用分散搅拌机搅拌15min，加速溶解混合；

f.将符合粒度规格的玻璃粉、超细银粉依次加入已混合好的有机载体中，加热至60℃，采用分散搅拌机搅拌15min，使浆料基本均匀，外观平滑；

g.采用三辊研磨机混合和研磨预混后浆料，直至浆料细度达到20μm以下。

本发明的导电浆料，如果细度过大，部分浆料不能通过印刷网板，导致银电极断线或宽度不均匀，严重影响光电转化效率，因此，研磨混合后浆料细度需达到20μm以下。优选情况下，浆料细度需达到10μm以下。更优选情况下，浆料细度需达到8μm以下。

本发明的导电浆料，可以通过丝网印刷、精细喷墨、喷涂等各种印刷手段施加在太阳能电池片n型面。

本发明的导电浆料涂敷到太阳能电池片上后，通过快速气氛隧道烧结炉完成电极的烧结。

以下结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

本实施例浆料中具体所含组分及相应含量如下(以浆料的总质量100％为基准)：

银粉：75％，平均粒径0.1μm

玻璃粉：PbO 2.4％、SiO₂ 0.8％、ZnO 0.35％、B₂O₃ 0.1％、Ag₂O 0.25％、Na₂O 0.11％

有机载体：有机溶剂：松油醇13％

树脂粘合剂：乙基纤维素1.6％、三元乙丙橡胶3.6％

有机添加剂：邻苯二甲酸二丁酯2.79％

按此组分比例，依次根据以下步骤制备浆料：

c.将熔融澄清的玻璃倒入常温去离子水中；

制得的导电浆料记为S1。

实施例2

超细银粉：80％，平均粒径0.3μm

玻璃粉：PbO 1.95％、SiO₂ 0.65％、ZnO 0.3％、B₂O₃ 0.08％、Ag₂O 0.15％、Na₂O 0.15％

有机载体：有机溶剂：DBE 10.8％

树脂粘合剂：乙基纤维素3.5％

有机添加剂：邻苯二甲酸二丁酯2.42％

按此组分比例及与实施例1相同的制备方法，制得的导电浆料记为S2。

实施例3

超细银粉：85％，平均粒径0.5μm

玻璃粉：PbO 2.75％、SiO₂ 0.72％、ZnO 0.38％、B₂O₃ 0.11％、Ag₂O 0.21％Na₂O 0.13％

有机载体：有机溶剂：松油醇9％

树脂粘合剂：乙基纤维素0.8％

有机添加剂：邻苯二甲酸二丁酯0.9％

按此组分比例及与实施例1相同的制备方法，制得的导电浆料记为S3。

实施例4

本实施例与实施例2的不同之处在于：玻璃粉中的Ag₂O的含量不同，具体的玻璃粉中各组分含量如下(以浆料的总质量100％为基准)：

玻璃粉：PbO 1.93％、SiO₂ 0.62％、ZnO 0.3％、B₂O₃ 0.08％、Ag₂O 0.2％Na₂O 0.15％

按此组分比例及与实施例1相同的制备方法，制得的导电浆料记为S4。

实施例5

本实施例与实施例2的不同之处在于：玻璃粉中的Ag₂O由Ag₂CO₃所替代，玻璃粉中各组分所占比例相应有所调整。具体的玻璃粉中各组分含量如下(以浆料的总质量100％为基准)：

玻璃粉：PbO 1.95％、SiO₂ 0.65％、ZnO 0.3％、B₂O₃ 0.08％、Ag₂CO₃ 0.17％、Na₂O 0.13％

按此组分比例及与实施例1相同的制备方法，制得的导电浆料记为S5。

实施例6

本实施例与实施例2的不同之处在于：玻璃粉中的Ag₂O由AgNO₃所替代，玻璃粉中各组分所占比例相应有所调整。具体的玻璃粉中各组分含量如下(以浆料的总质量100％为基准)：

玻璃粉：PbO 1.95％、SiO₂ 0.65％、ZnO 0.3％、B₂O₃ 0.08％、AgNO₃ 0.21％、Na₂O 0.09％

按此组分比例及与实施例1相同的制备方法，制得的导电浆料记为S6。

实施例7

本实施例与实施例2的不同之处在于：玻璃粉中的Ag₂O由Ag₂SO₄所替代，玻璃粉中各组分所占比例相应有所调整。具体的玻璃粉中各组分含量如下(以浆料的总质量100％为基准)：

玻璃粉：PbO 1.95％、SiO₂ 0.65％、ZnO 0.3％、B₂O₃ 0.08％、Ag₂SO₄ 0.19％、Na₂O 0.11％

按此组分比例及与实施例1相同的制备方法，制得的导电浆料记为S7。

实施例8

本实施例与实施例2的不同之处在于：玻璃粉中的Ag₂O由Ag₃PO₄所替代，玻璃粉中各组分所占比例相应有所调整。具体的玻璃粉中各组分含量如下(以浆料的总质量100％为基准)：

玻璃粉：PbO 1.95％、SiO₂ 0.65％、ZnO 0.3％、B₂O₃ 0.08％、Ag₃PO₄ 0.17％、Na₂O 0.13％

按此组分比例及与实施例1相同的制备方法，制得的导电浆料记为S8。

实施例9

本实施例与实施例2的不同之处在于：玻璃粉中的Ag₂O由AgOAc所替代，玻璃粉中各组分所占比例相应有所调整。具体的玻璃粉中各组分含量如下(以浆料的总质量100％为基准)：

玻璃粉：PbO 1.95％、SiO₂ 0.65％、ZnO 0.3％、B₂O₃ 0.08％、AgOAc 0.2％、Na₂O 0.1％

按此组分比例及与实施例1相同的制备方法，制得的导电浆料记为S9。

实施例10

玻璃粉：PbO 2.05％、SiO₂ 0.65％、ZnO 0.3％、B₂O₃ 0.08％、Ag₂O 0.05％Na₂O 0.15％

按此组分比例及与实施例1相同的制备方法，制得的导电浆料记为S10。

对比例1

本对比例与实施例2的不同之处在于玻璃粉中没有添加Ag₂O，具体的玻璃粉中各组分含量如下(以浆料的总质量100％为基准)：

玻璃粉：PbO 2.05％、SiO₂ 0.7％、ZnO 0.3％、B₂O₃ 0.08％、Na₂O 0.15％

按此组分比例及与实施例1相同的制备方法，制得的导电浆料记为SD1。

对比例2

本对比例与实施例2的不同之处在于：所用银粉为平均粒径1.5μm的普通银粉，具体浆料中所含组分及相应含量如下(以浆料的总质量100％为基准)：

银粉：80％，平均粒径1.5μm

有机载体：有机溶剂：DBE 10.8％

树脂粘合剂：乙基纤维素3.5％

有机添加剂：邻苯二甲酸二丁酯2.42％

按此组分比例及与实施例1相同的制备方法，制得的导电浆料记为SD2。

实施例11-20

分别将导电浆料S1-S10，采用丝网印刷涂敷在多晶硅片n型面，配合商用Ferro 53-102和Ferro 3347背面电极浆料，通过不同的烧结工艺(具体烧结工艺如表1中所示，炉内气氛均为99.9％纯度的氮气)，分别制得太阳能电池片，记为S11-S1010。

表1

对比例3-4

分别将导电浆料SD1-SD2，采用丝网印刷涂敷在多晶硅片n型面，配合商用ferro53-102、3347背面电极浆料，通过不同的烧结工艺(具体烧结工艺如表1中所示，炉内气氛均为99.9％纯度的氮气)，分别制得太阳能电池片，记为SD11-SD22。

性能测试：

采用上海交大赫爽科技有限公司HSC1单次闪光太阳电池分选机，对所得电池片S11-S1010和SD11-SD22分别进行电性能测试。测试结果如表2中所示：

表2

从表2中数据可以看出，采用本发明的导电浆料，实现低温快速烧结的同时，能够保证太阳能电池片具有较高的填充因子和较高的光电转化效率；而且，本发明的导电浆料在实现低温快速烧结的同时，还能够有效防止烧结过程中背面铝浆料高温熔化产生鼓包现象。

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

1.一种导电浆料，所述导电浆料中含有银粉、玻璃粉和有机载体；其特征在于：所述银粉的平均粒径为0.05-0.8μm；所述玻璃粉中含有Ag的化合物。

2.根据权利要求1所述的导电浆料，其特征在于：所述Ag的化合物选自氧化银、硝酸银、碳酸银、硫酸银、磷酸银或醋酸银中的一种或多种。

3.根据权利要求1或2所述的导电浆料，其特征在于：以玻璃粉的质量百分含量为基准，所述玻璃粉中含Ag量为2.6-8.7％。

4.根据权利要求1所述的导电浆料，其特征在于：所述银粉的平均粒径为0.1-0.3μm。

5.根据权利要求1所述的导电浆料，其特征在于：所述银粉的振实密度大于3.5g/cm³。

6.根据权利要求1所述的导电浆料，其特征在于：以导电浆料的质量百分含量为基准，银粉的含量为60-90％、玻璃粉的含量为1-10％、有机载体的含量为6-35％。

7.根据权利要求1所述的导电浆料，其特征在于：所述有机载体包含有机溶剂、树脂和有机添加剂。

8.根据权利要求7所述的导电浆料，其特征在于：所述有机溶剂为松油醇、DBE、异弗尔酮、丁卡或丁卡脂中的一种或多种；

所述树脂为乙基纤维素、乙基纤维素衍生物、环氧树脂、丙烯酸树脂、酚醛树脂、醇酸树脂、乙烯基树脂或橡胶中的一种或多种；

所述有机添加剂为增塑剂、表面活性剂、消泡剂、润湿分散剂或触变剂中的一种或多种。

9.一种导电浆料的制备方法，包括以下步骤：

将玻璃粉、银粉加入有机载体中，加热搅拌；后混合、研磨；其特征在于所述银粉的平均粒径为0.05-0.8μm；所述玻璃粉中含有Ag的化合物。