CN102496404B - 一种高效晶硅太阳电池用电极银浆 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于高效晶硅太阳电池用电子浆料。该浆料由导电银粉、玻璃粉、有机载体、银电极与晶硅界面导电添加剂组成。银电极与晶硅界面的导电添加剂为磷镍合金，在银浆中的磷镍合金在电极烧结过程中，磷可以对发射极进行掺杂，镍和硅形成导电性好的镍硅合金，可以降低轻掺发射极(80-120Ω/□)接触电阻，提高电池转换效率。

Description

一种高效晶硅太阳电池用电极银浆

技术领域

本发明涉及一种用于晶硅太阳电池用电极银浆，尤其是针对轻掺杂发射极用电极银浆。

背景技术

随着能源紧缺和环境污染以及温室效应对人类的威胁越来越严重的今天，提供一种清洁和安全的商业能源是人类面临发展的巨大任务。而太阳能的利用为为世界提供了解决环境与能源危机最好的方案。

电能是能量使用的最高形式，可以通过器件化把太阳能转化为电能，这种器件称为太阳能电池。太阳能电池具有无污染、寿命长、太阳能使用不绝等优点，能解决人类面临的能源问题。

太阳电池可分为晶硅太阳电池、薄膜太阳电池、燃料敏化电池、有机聚合物太阳电池等。但是晶硅电池与其它电池相比具有高的转化效率、低的制造成本，使得目前占商业化太阳电池绝大部分产量。

工业化生产晶硅电池由几个环节组成。首先将晶硅材料切片，经清洗、化学腐蚀制绒、扩散制成p-n结、减反射涂层，丝网印刷法将银浆印在硅片上，经干燥、烧结形成接触成为电池片。

近年来随着硅太阳电池生产量的增加，在总能源消耗中所占的比例越来越大。为了提高晶硅电池与传统化石能源的竞争力，必须要解决其制造成本不断降低的同时，提高转换效率的问题。

发展低成本技术而不牺牲电池的效率，这是发展高效电池的一个主流方向。采用丝网印刷工艺形成接触的方式对降低电池制造成本起到了决定性作用。但是由于丝网印刷接触需要重掺(40-60Ω/□)引起损失使得电池转换效率绝对值降低了约1-2％。因此采用轻掺(80-120Ω/□)减少复合损失，增大短路电流，可以提高电池转换效率。但是采用轻掺工艺后，为了形成好的接触，一般采用选择性发射极。然而，这种技术一般涉及到磷扩散、定位、掩模和蚀刻等步骤，耗时等使得成本增加。

针对这种工业上轻掺发射极晶硅阳电池的技术的不足，在专利号WO2011/060341A1中公开了一种电极银浆，该银浆除由银粉、玻璃粉、有机载体相组成外，加入了金微粉来提高导电性，然而，金微粉价格昂贵，不适用工业化生产。

本发明针对现有工艺的不足，提供了一种电极银浆，用于轻掺(80-120Ω/□)晶硅太阳电池的正面电极。使用该银浆采用一步法丝网印刷工艺，经过共烧形成低接触电阻的电极，简化了轻掺发射极晶硅太阳电池的工艺，提高了电池的转换效率，降低了电池的制造成本。该厚膜浆料的组成为导电银粉、玻璃粉、有机载体相、添加剂为磷镍合金粉。

发明内容

根据本发明的电极银浆由以下组成：导电银粉、玻璃粉、有机载体相和添加剂磷镍合金粉。添加剂磷镍合金能提供轻掺发射极与电极之间高导电通路，降低接触电阻。本发明浆料适应于高效多晶和单晶太阳电池丝网印刷电极。

1导电银粉

银粉在浆料中主要作为导电相材料。导电银粉也可以包括银合金粉，如：银镍合金、银镁合金、银铜合金粉等。导电银粉性态为片状、球状、类球状、团聚体等。导电银粉大小为0.2---10μ。导电银粉颗粒小于0.2μ，银粉烧结温度太低，银-硅接触界面导电接触点少，接触电阻变大。当银粉颗粒大于10μ，银粉烧结温度抬高，银容易扩散到发射极，引起漏电增大，并联电阻变小。因此，本发明导电银粉颗粒大小合适的范围为0.5-2.5μ。导电银粉在浆料中所占的比例为50-90wt％，合适范围为60-85wt％。

2 导电添加剂

添加哪一种导电添加剂取决于导电性、有效性、稳定性、成本等。磷镍合金具有很好电子导电性。磷镍合金在常温下具有好的化学稳定性，在浆料高温烧结时，磷镍合金分解，磷气化扩散入发射极，镍与硅反应在电极与硅界面生成导电性好的镍硅合金。磷镍合金避免了镍在高温下氧化为氧化镍，在烧结温度以下形成Ni₂Si和NiSi，由于硅化镍合金与硅具有很低的势垒，降低了界面接触电阻。同时，由于磷在电极与硅界面上气化，可以对发射极进行掺磷，提高了电极下发射极上载流子的浓度，实现降低电极与硅界面的接触电阻。

磷镍合金的颗粒大小在1-10μ。加入量为0.1-5wt％。假如加入量小于0.1wt％，在界面上不能形成有效和足够量的硅化镍合金，接触电阻增大。而加入量大于5wt％时，影响电极体电阻，使得串联电阻增大，转换效率降低。磷镍合金添加量合适的范围为0.5-3wt％.

3玻璃粉

玻璃粉在浆料中作为高温粘结相，存在于电极与硅基片界面中。同时玻璃在烧结过程中作为媒介相决定了银在硅表面的沉积数量和大小。玻璃性质在烧结过程中直接影响开路电压大小和填充因子。另外，玻璃在烧结过程中影响电极的粘结强度、可焊性和耐焊性。因此，本发明所涉及的玻璃为PbO-B2O3-SiO2、Bi2O3-B2O3-SiO2体系玻璃。玻璃的软化温度为300-500℃，玻璃粉颗粒大小为0.5-10μ。玻璃粉在浆料中所占比例为0.5-5wt％。玻璃粉在浆料中比例小于0.5wt％，电极粘结强度小和高的接触电阻。当玻璃粉大于5wt％，对于浅发射极，容易引起过烧把发射极击穿，引起漏电增加，接触电阻增加。因此，对于浅发射极用导电浆料，玻璃相在满足电极粘结强度尽可能少量添加。而由于少的玻璃相引起银重结晶量减少，使得界面接触电阻增大，填充因子下降，本发明镍磷合金添加剂在硅界面上形成低势垒的镍硅合金，能补偿界面上银结晶减少。

4有机载体相

有机载体相的功能是把导电相银粉、玻璃粉、添加剂粉体混合分散成膏状，形成特殊流变性能的浆料。以便使用丝网印刷将其在硅片上精确地印出设计的电极图案。有机载体相主要由溶剂、增稠剂、增塑剂、表面活性剂、触变剂组成。溶剂主要由松节油、松油醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、柠檬酸三丁酯中的一种或几种组成，增稠剂主要为乙基纤维素、丁基纤维素，增塑剂主要为邻苯二甲酸酯，表活性剂主要为羊脂酸、卵磷脂、司班85，触变剂主要为氢化蓖麻油。

银浆中有机载体相的含量为5-30％，一般不超过20％。当有机载体相的含量低于5％时，有机载体相很难将粉体润湿分散；而当有机载体相含量大于30％时，所印制的电极在烧结后烧结密度太小，而导致电池具有大的串联电阻。

浆料的制备方法

精确称量银粉、导电相添加剂、玻璃粉，充分混合均匀，将混合粉体置于有机载体相中搅拌预分散，在三辊机中反复碾压至刮板细度小于14μm，得到太阳能电池正面电极用导电银浆。

将所制得的导电银浆丝网印刷于硅片上，在红外烧结炉中烧结，制得硅太阳能电池，测试电池的电性能。所用的硅片单晶或多晶材质，已经扩散制好p-n结，方阻为55或100Ω/sq，正面蒸镀有SiNx减反射膜，背面印有银背电极和铝背场。

具体实施方式

实施例1

按上述方法制备分别添加有磷化镍0.1wt％的导电银浆paste1，银浆的含固量均为88wt％。分别印制于单晶(125mm×125mm，方阻55Ω/□)、多晶(156mm×156mm，方阻55Ω/□)、单晶(125mm×125mm，方阻100Ω/□)、多晶(156mm×156mm，方阻100Ω/□)四种规格的硅片上，经烧结后制得太阳能电池，测试电性能，取平均数据。

实施例2、3

同实施例1，制备导电银浆paste2、paste3，含固量同为88wt％，磷化镍的添加量分别为2wt％、4wt％。分别印制于单晶(125mm×125mm，方阻55Ω/□)、单晶(125mm×125mm，方阻100Ω/□)两种规格的硅片上，经烧结后制得太阳能电池，测试电性能，取平均数据。

比较例

按与实施例相同的工艺制备含固量为88wt％、未添加磷化镍的导电银浆paste4。分别在单晶(125mm×125mm，方阻55Ω/□)、多晶(156mm×156mm，方阻55Ω/□)、单晶(125mm×125mm，方阻100Ω/□)、多晶(156mm×156mm，方阻100Ω/□)四种规格的硅片上印制正面电极，经烧结形成硅太阳能电池，测试电性能，取平均数据。

实施例及比较例所制得太阳能电池的电性能结果列于表1中。

表1导电银浆所印制太阳能电池的电性能数据

Claims (8)

1.一种含磷镍合金粉的新型晶硅太阳电池用电极银浆，该银浆由重量比为50-90％导电银粉、0.5-5.0％玻璃粉、5-30％有机载体相和0.1-5.0％导电添加剂磷镍合金粉组成。

2.根据权利要求1所述的新型晶硅太阳电池用电极银浆，其特征在于所述的导电银粉为银粉、银镍合金粉、银镁合金粉、银铜合金粉中的一种或两种及以上的混合，其颗粒粒径范围为0.2-10μm。

3.根据权利要求1所述的新型晶硅太阳电池用电极银浆，其特征在于所述的玻璃粉由PbO和Bi₂O₃中的一种或者它们的混合与B₂O₃和SiO₂组成。

4.根据权利要求1所述的新型晶硅太阳电池用电极银浆，其特征在于所述的导电添加剂磷镍合金粉的颗粒粒径范围为1-10μm。

5.根据权利要求1所述的新型晶硅太阳电池用电极银浆，其特征在于所述的有机载体相由溶剂、增稠剂、表面活性剂、增塑剂邻苯二甲酸酯和触变剂氢化蓖麻油组成。

6.根据权利要求5所述的新型晶硅太阳电池用电极银浆，其特征在于所述的溶剂由松节油、松油醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、柠檬酸三丁酯中的一种或几种组成。

7.根据权利要求5所述的新型晶硅太阳电池用电极银浆，其特征在于所述的增稠剂为乙基纤维素、丁基纤维素中的一种或两种的混合。

8.根据权利要求5所述的新型晶硅太阳电池用电极银浆，其特征在于所述的表面活性剂为羊脂酸、卵磷酯、司班85中的一种或它们的混合。