CN102543252A - 一种宽高温烧结窗口硅太阳能电池正银浆料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种宽高温烧结窗口硅太阳能电池正银浆料的配方及其制备方法。其主要特点是在银浆中添加了一种经过预处理而得到的无机混合添加剂，使浆料的高温烧结窗口显著变宽，正银浆料的工艺性能大幅提高。无机混合添加剂由是由特定软化点的玻璃料，特定尺寸的纳米二氧化硅和超细Bi2O3组成。电池片用隧道炉快速烧结进行热处理时，该无机混合添加剂对电池正面的氮化硅减反射膜有很好的腐蚀作用，有利于银-硅形成良好的欧姆接触，使该正银浆料的高温烧结窗口可达到80℃，比普通浆料高温烧结窗口扩展了20-40℃。该银浆的制造方法包括无机混合添加剂的配方和预处理方法、银浆的配方和浆料的加工工艺。
Description
技术领域
该发明涉及一种用于硅太阳能电池正面栅线电极的银导体浆料，用于在晶体硅太阳能电池片上制作正面栅线银电极。
背景技术
太阳能电池为了输出电能，必须在电池片上制作正、负两个电极。电极就是与电池片p-n结两端形成紧密欧姆接触的导电材料，习惯上把制作在电池光照面的电极称为上电极或正面电极，把制作在电池背面的电极称为下电极或背电极。下电极为正极，由铝浆和背银浆制成，上电极为负极，选用正银浆制成，正电极和背电极都是经印刷浆料、烘干、烧结而制成。
半导体硅材料，其电极要求尽量消除金属电极与硅材料间的肖特基势垒，从而形成良好的欧姆接触。在目前的工业化生产中，经由丝网印刷金属浆料和快速热处理工艺形成电极的技术被广泛采用。
在电子浆料领域，近期对太阳能电池浆料的研究十分活跃，对于正银的研究也有较多专利提出。在专利CN102054882A中，公布了一种晶体硅太阳能电池用正面栅极导电银浆及其制备方法，其主要内容是针对银粉的选用和金属氧化物的掺杂技术；在专利CN 101986391A中，提出了一种用于晶体硅太阳能电池片的正面银浆，其主要内容是通过添加纳米到亚微米级别的有机银盐填充电极空隙，以达到提高电池转换效率的目的；在专利CN 101887764A中，公布了一种硅基太阳能用正面银浆的制备方法，主要是用片状银粉和纳米银粉来改变银线的印刷高度；在专利CN101295739A中，提出了一种太阳能电池正面电极用导电浆料及其制备方法，主要是通过玻璃配方调节以及添加二氧化锰来增加银线的附着力；在专利CN102157219A中，公布了一种晶体硅太阳能电池正面电极银浆及其制备方法，主要通过玻璃的配方和微米级银粉之间的配比来提高电极的电性能；在专利CN102231392A中，公布了一种无铅高粘度太阳能电池正面电极银浆及其制备方法，其主要内容为玻璃体系的配方和磷、VIII氧化物及卤化物的掺杂改性。
以上文献以及现有专利都只涉及对正银浆料的接触电阻、印刷性能等方面的改进，但都没有提出浆料高温烧结窗口性能的提高技术，现有的正银浆料的高温烧结窗口较窄，一般只有20-40℃，生产中经常遇到因高温烧结温度的波动或温度区间设置不合理而出现低效电池片。本发明的目的就是通过正银浆料的配方和工艺设计，实现高温烧结窗口的扩展，提高电池片的转换效率和生产合格率。
发明内容
本发明是要实现一种宽高温烧结窗口的硅太阳能电池正银浆料。所述的正银浆料具有60-80℃的高温烧结窗口，具有很好的工艺稳定性能。利用该浆料制作的硅太阳能电池转换效率较高，电极的附着力强，低效电池片的比例较低。本发明通过以下技术方案来实现：
一种宽高温烧结窗口的硅太阳能电池正银浆料，其特点在于，所述的正银浆料由以下组分及含量(质量百分比)的原料制成：
银粉，80-90％；
无机混合添加剂，1-8％；
有机树脂，1-10％；
溶剂，5-15％；
有机改性添加剂，1-5％。
所述的宽高温烧结窗口正银浆料，其特征在于：所述无机混合添加剂，是由特定软化点的玻璃料，特定尺寸的纳米二氧化硅和超细Bi2O3按一定比例称料，经球磨、烘干而得到的。
所述的宽高温烧结窗口正银浆料，其特征在于：所述玻璃料为Pb-B-Si系玻璃粉，玻璃粉的软化点为400-460℃，玻璃粉的粒径范围是1-6um。
所述的宽高温烧结窗口正银浆料，其特征在于：所述纳米二氧化硅的粒径为30-100nm，纯度为大于99.5％。
所述的宽高温烧结窗口正银浆料，其特征在于：所述超细Bi2O3的粒径为0.5-3um，纯度为大于99.5％。
所述的宽高温烧结窗口正银浆料，其特征在于：所述无机混合添加剂中玻璃料的质量百分含量为80-95％，纳米二氧化硅的质量百分含量为20-5％，超细Bi2O3的质量百分含量为1-5％。
所述的宽高温烧结窗口正银浆料，其特征在于：所述银粉由球形银粉和片状银粉组成，球形银粉的粒径为0.1-3.0um，片状银粉的粒径为0.5-8.0um，球形银粉与片状银粉的质量百分比为(100-x)∶x，x的取值范围为10-50。
本发明的宽高温烧结窗口正银浆料，其制造方法包括：将玻璃料与纳米二氧化硅按一定比例配料，把混合料装入球磨机中，在球磨机中加入一定质量百分比的玛瑙球和纯净水，球磨2-12h，出料并烘干后得到无机混合添加剂；将有机树脂，溶剂，有机改性添加剂按一定比例称量，搅拌混合，得到有机载体；最后将银粉，无机混合添加剂和有机载体按一定比例称量，搅拌混合，经三辊轧浆机研磨得到正银浆料，浆料的细度小于10um。
上述技术方案，至少具有如下有益效果：本发明通过浆料中添加经预处理得到的无机混合添加剂，扩展了正银浆料的高温烧结窗口，提高了电池的转换效率，降低了低效电池片的比例。无机混合添加剂是由特定软化点的玻璃料和特定尺寸的纳米二氧化硅组成，其在浆料中的作用可解释为：当玻璃相开始软化时，由于纳米二氧化硅的粒径十分小，有较高活性，在一定温度下可溶解在玻璃相中，增加原玻璃相的粘度；在不同温度下，二氧化硅在玻璃相中的溶解度是不一样的，温度越高和二氧化硅的粒径越小，溶解度越大。对于烧结温度较低时，溶解于玻璃相中的二氧化硅较少，基本不影响正银的烧结特性；当烧结温度较高时，二氧化硅溶解较多，增加了玻璃的粘度，减小了玻璃的腐蚀性，防止了玻璃相对电池PN结的破坏，从而可进行高温烧结。同时，当玻璃相熔穿减反射膜后与PN结的N型区接触，而N型区为高浓度磷掺杂，在高温下，由于磷的浓度势垒差，会容易扩散至低粘度的玻璃相中，影响电池片的效率。当玻璃料中加入纳米二氧化硅后，在高温下玻璃相仍然具有较高的粘度，磷扩散至玻璃相中的几率就会变小，同时更高的烧结温度一般会配合更快短的烧结时间，短时间内N型区内磷扩散的几率就更小，因此，纳米二氧化硅掺入玻璃料中可拓宽高温烧结窗口。
Bi2O3是一种低熔点氧化物，超细Bi2O3的化学活性较高，在对电池片进行热处理时，Bi2O3熔化后与玻璃料混溶，扩展了玻璃的软化温区，起到了增加正银浆料高温烧结窗口的作用。
无机混合添加剂的高温熔化特性和高温流动性与银粉的烧结活性合理匹配，有利于在烧结过程中银粉与硅形成良好的欧姆接触，电池片具有良好的光电性能。
本发明银浆的制备方法工艺简单，易于批量生产。
具体实施方式
本发明的硅太阳能电池正银浆料，包含一定质量百分比的银粉、无机混合添加剂、有机树脂、溶剂和有机改性添加剂。本发明围绕扩展硅太阳能电池正银浆料的高温烧结窗口这一目标，在不降低正银浆料其他性能的基础上，通过在浆料中添加预先合成的无机混合添加剂来实现扩展硅太阳能电池正银浆料的高温烧结窗口，所用的无机混合添加剂为特定软化点的玻璃料和特定尺寸的纳米二氧化硅按一定质量百分比组成。无机混合添加剂的加工工艺为球磨、烘干工艺。
以下列举具体实例进一步说明，但并不作为本发明的限制。
实施例1
一种宽高温烧结窗口的硅太阳能电池正银浆料(配制100g)，其制作流程如下：
称量平均粒径为40nm的二氧化硅6g，称量粒径1-6μm，软化点440℃的玻璃粉92g，称量粒径0.5-3μm的Bi2O3的2g，将混合料球磨3h，烘干后得到无机混合添加剂。
将有机树脂按原料重量的1-10％，溶剂按原料重量的5-15％，有机改性添加剂按原料重量的1-5％，进行称量，搅拌混合，得到有机载体。
浆料配制：称量无机混合添加剂8g，银粉82g，有机载体10g，在容器中搅拌分散均匀后进行三辊研磨，制得浆料细度小于10μm的银浆。
使用该浆料制作单晶125电池片，经过不同烧结工艺后，其电池片编号为A1组。
按上叙方法制作另一种浆料共100g，用相同含量的玻璃料代替无机混合添加剂，使用该浆料制作单晶125电池片，经过不同烧结工艺后，其电池片编号为B1组。
表1两种电池片的转换效率对比如下：
实施例2
一种宽高温烧结窗口的硅太阳能电池正银浆料(配制100g)，其制作流程如下：
称量平均粒径为80nm的二氧化硅12g，称量粒径1-6μm，软化点420℃的玻璃粉85g，称量粒径0.5-3μm的Bi2O3的3g，将混合料球磨3h，烘干后得到无机混合添加剂。
将有机树脂按原料重量的1-10％，溶剂按原料重量的5-15％，有机改性添加剂按原料重量的1-5％，进行称量，搅拌混合，得到有机载体。
浆料配制：称量无机混合添加剂5g，银粉85g，有机载体10g，在容器中搅拌分散均匀后进行三辊研磨，制得浆料细度小于10μm的银浆。
使用该浆料制作单晶125电池片，经过不同烧结工艺后，其电池片编号为A2组；
按上述方法制作另一种浆料共100g，用相同含量的玻璃料代替无机混合添加剂，使用该浆料制作单晶125电池片，经过不同烧结工艺后，其电池片编号为B2组。
表2两种电池片的转换效率对比如下：
由表1和表2的数据看出，浆料中添加了由玻璃料和纳米二氧化硅组成的混合无机添加剂的正银浆料有较宽的高温烧结窗口，当烧结温度在840-920℃范围时，电池片都有较高的转换效率，高温烧结窗口达到了80℃，而对比浆料的高温烧结窗口仅有40℃。
上述是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可进行若干改进和润饰，这些改进和润湿也视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种宽高温烧结窗口的硅太阳能电池正银浆料，其特点在于，所述的正银浆料由以下组分及含量(质量百分比)的原料制成：
银粉，80-90％；
无机混合添加剂，1-8％；
有机树脂，1-10％；
溶剂，5-15％；
有机改性添加剂，1-5％。
2.如权利要求1所述的宽高温烧结窗口正银浆料，其特征在于：所述无机混合添加剂，是由特定软化点的玻璃料，特定尺寸的纳米二氧化硅和超细Bi2O3按一定比例称料，经球磨、烘干而得到的。
3.如权利要求2所述的宽高温烧结窗口正银浆料，其特征在于：所述玻璃料为Pb-B-Si系玻璃粉，玻璃粉的软化点为400-460℃，玻璃粉的粒径范围是1-6um。
4.如权利要求2所述的宽高温烧结窗口正银浆料，其特征在于：所述纳米二氧化硅的粒径为30-100nm，纯度为大于99.5％。
5.如权利要求2所述的宽高温烧结窗口正银浆料，其特征在于：所述超细Bi2O3的粒径为0.5-3um，纯度为大于99.5％。
6.如权利要求2所述的宽高温烧结窗口正银浆料，其特征在于：所述无机混合添加剂中玻璃料的质量百分含量为80-95％，纳米二氧化硅的质量百分含量为20-5％，超细Bi2O3的质量百分含量为1-5％。
7.如权利要求1所述的宽高温烧结窗口正银浆料，其特征在于：所述银粉由球形银粉和片状银粉组成，球形银粉的粒径为0.1-3.0um，片状银粉的粒径为0.5-8.0um，球形银粉与片状银粉的质量百分比为(100-x)∶x，x的取值范围为10-50。
8.如权利要求1-7中任意一项所述的宽高温烧结窗口正银浆料的制造方法，其制造方法包括：将玻璃料与纳米二氧化硅按一定比例配料，把混合料装入球磨机中，在球磨机中加入一定质量百分比的玛瑙球和纯净水，球磨2-12h，出料并烘干后得到无机混合添加剂；将有机树脂，溶剂，有机改性添加剂按一定比例称量，搅拌混合，得到有机载体；最后将银粉，无机混合添加剂和有机载体按一定比例称量，搅拌混合，经三辊轧浆机研磨得到正银浆料，浆料的细度小于10um。
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Application publication date: 20120704 Assignee: Hebei happy light Technology Co., Ltd. Assignor: Fan Lin Contract record no.: 2015420000171 Denomination of invention: Silicon solar battery front silver paste with wide high-temperature sintering window Granted publication date: 20140917 License type: Exclusive License Record date: 20151214 |
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Denomination of invention: Silver paste for silicon solar cell with wide high temperature sintering window Effective date of registration: 20211123 Granted publication date: 20140917 Pledgee: Wuhan area branch of Hubei pilot free trade zone of Bank of China Ltd. Pledgor: WUHAN SOMETAL ELECTRONIC MATERIAL CO.,LTD. Registration number: Y2021420000131 |
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