CN102543257B - 改性晶体硅太阳能电池用银厚膜浆料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改性晶体硅太阳能电池用银厚膜浆料及其制备方法，所述浆料包括如下重量百分比的组分：导电超细银粉75-90%，玻璃粉1-8%，有机相9-17%；还包括占所述导电超细银粉和玻璃粉总重量的0.05-2%的表面活性剂。本发明在粉体表面包覆了一层表面活性剂，改善了粉体的团聚状况，并使其更好地分散在有机相中，形成了一个比较稳定的浆料体系，同时降低了浆料的刮板细度，延长了浆料的使用寿命。此种浆料所印制的电极烧结后高度大，体电阻小，机械强度较高。因此，本发明的浆料不仅使电池电极的机械强度提高，而且电池的填充因子FF增大，串联电阻减小，光转化效率提高，使电池具有好的综合电性能和机械性能的平衡。

Description

改性晶体硅太阳能电池用银厚膜浆料及其制备方法

技术领域

本发明涉及晶体硅太阳能电池用银厚膜浆料及其制备方法。

背景技术

在晶体硅太阳能电池制作工艺中，都需在电池的正反表面制作电极以将电池产生的光生电流导出。电极与半导体之间需要形成良好的欧姆接触。制作电极的方法有真空蒸涂法、磁控溅射法、光诱导电镀法和丝网印刷法等。丝网印刷法所需的成本少，利于实现太阳能电池工业化和规模化生产，在工艺上一般采用丝网印刷方法。

丝网印刷方法制备晶体硅太阳能电池电极，是采用丝网印刷技术将银厚膜浆料涂覆在硅基片上，经过干燥，红外烧结炉快速烧结，使之金属化形成电极。

晶体硅太阳能电池用银厚膜浆料由超细银粉、玻璃相和有机载体相组成。超细银粉作为电极的导电物质，占浆料总重量的75-90wt％；玻璃相主要在烧结过程中产生液化，提供硅基片和电极的黏结，占浆料总重量的1-8wt％；有机载体占浆料总重量的8-17wt％，起润湿、分散粉体颗粒的作用，并提供浆料优越的印刷性能。

为了提高晶体硅太阳能电池的电极性能，往往要求丝网印刷所用银厚膜浆料具有很高的粘度和固含量。而制备浆料所用超细银粉和玻璃粉的粒径多在微米级或者亚微米级，都具有很大的比表面积，在将其分散在有机载体的过程中，有机相难以浸润粉体颗粒，造成粉体团聚严重，且分散不均匀，这将导致浆料刮板细度变大、触变性下降，在贮藏时容易出现固液分离现象，影响其稳定性。同时，浆料中固体颗粒的团聚体过大，也将使浆料在丝网印刷时容易出现堵网现象。并且由于浆料中固体颗粒团聚而造成堆积不紧密，所印制的电极在干燥时将在其内部形成很多空隙，导致电极烧结后的高度比烧结前显著降低，即烧结收缩率变大，严重影响电极的烧成高度、体电阻和机械性能，从而影响晶体硅太阳能电池的性能。

在专利WO 2001041221和WO 2003025945中，采用三辊研磨机直接对银粉、玻璃粉和有机相的混合物进行研磨分散，而专利CN101271928则通过球磨的方法对三相的混合物进行分散。虽然这些方法在一定程度上改善了浆料中固体颗粒的团聚状况，提高了浆料的性能。但由于这些方法都是将浆料所用固相和高粘的有机相直接混合，在未经研磨和球磨之前，固体粉末已团聚非常严重。同时三辊研磨和球磨所产生的机械分散力有限，而加工对象又是高固含量、高粘度的浆料，其只能对较大的团聚体起到分散作用，从而影响了浆料刮板细度的进一步降低。

发明内容

本发明的目的是提供一种改性晶体硅太阳能电池用银厚膜浆料及其制备方法，以克服现有技术存在的上述缺陷。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种晶体硅太阳能电池用银厚膜浆料，以所述浆料的总重量为基准计，包括如下重量百分比的组分：

导电超细银粉    75-90％

玻璃粉          1-8％

有机相          9-17％；

还包括占所述导电超细银粉和玻璃粉总重量的0.05-2％的表面活性剂。

较佳的，所述的表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)或明胶中的一种以上。

优选的，所述表面活性剂占所述导电超细银粉和玻璃粉总重量的0.4-1％，进一步优选为0.5-1％。表面活性剂的加入有助于改善粉体的团聚状况，并使粉体更好地分散在有机相中。如果表面活性剂加入量小于0.05％，粉体团聚严重，浆料性能下降；而当其加入量大于2wt％时，反而会导致粉体团聚状况恶化，使电极体电阻增大。

较佳的，所述的导电超细银粉的粒径大小为0.1-10μm，形态为球形或准球形。

较佳的，所述的玻璃粉为Si-B-Al-Pb-O体系玻璃，软化温度为440℃-560℃，粒径为0.1-10μm，可采用传统的熔制方法和球磨粉碎方法进行制备获得。

较佳的，所述的有机相由溶剂和增粘剂组成，所述溶剂选自松油醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯和柠檬酸酯等，所述增粘剂选自乙基纤维素和丁基纤维素等。

优选的，所述溶剂和增粘剂的重量比为20∶1～5∶1(wt/wt)。

较佳的，所述银厚膜浆料的细度为5-15μm(用刮板细度计测定)，其粘度为140-220Pa.s(用粘度仪测定，Brookfield HBT/10rpm，25℃)。

本发明还提供了上述晶体硅太阳能电池用银厚膜浆料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将所述导电超细银粉、玻璃粉和表面活性剂进行球磨预处理，球磨速度为40-100r/min，球磨时间为0.5-3h，然后过滤、干燥，获得球磨预处理产物；

(2)将所述球磨预处理产物与所述有机相混合碾压，获得改性晶体硅太阳能电池用银厚膜浆料。

所述步骤(1)中，球磨预处理的速度和时间会影响到浆料的性能改善。若球磨速度小于40r/min、球磨时间短于0.5h，则混合粉(导电超细银粉和玻璃粉)的分散效果不好，浆料的性能改善较小；若球磨速度大于100r/min、球磨时间长于3h，则会导致银粉变形，玻璃粉粒径下降，影响浆料的性能。

优选的，所述球磨速度为60-80r/min，球磨时间为1.5-2.5h。

较佳的，所述球磨预处理时采用的球磨介质为玛瑙球磨珠。

较佳的，所述球磨预处理时，还加入球磨助剂，所述球磨助剂添加量为所述导电超细银粉和玻璃粉总重量的10-30％，优选的添加量为15-20％。若球磨助剂添加量小于10％，则表面活性剂在混合粉(导电超细银粉和玻璃粉)中的分散不均匀；若球磨助剂添加量大于30％，则预处理时间和混合粉干燥时间过长。

较佳的，所述球磨助剂选自乙醇、异丙醇、三乙醇胺和丙酮。

本发明对超细银粉与玻璃粉的混合粉进行的球磨预处理，在粉体表面包覆了一层表面活性剂，改善了粉体的团聚状况，并使其更好地分散在有机相中，形成了一个比较稳定的浆料体系，同时降低了浆料的刮板细度，延长了浆料的使用寿命。此种浆料所印制的电极烧结后高度大，体电阻小，机械强度较高。因此，本发明的晶体硅太阳能电池用银厚膜浆料，不仅使电池电极的机械强度提高，而且电池的填充因子FF增大，串联电阻减小，光转化效率提高，使电池具有好的综合电性能和机械性能的平衡。

具体实施方式

本发明的发明人发现由于硅太阳能电池的正面电极用银厚膜浆料中固体颗粒的团聚体过大，致使在丝网印刷时容易出现堵网现象，并且所印制的电极在干燥时在其内部形成很多空隙，导致电极烧结后的高度比烧结前显著降低，严重影响电极的烧成高度、体电阻和机械性能，从而影响到晶体硅太阳能电池的性能。为此，本发明提供了一种改性晶体硅太阳能电池用银厚膜浆料，以所述浆料的总重量为基准计，包括如下重量百分比的组分：导电超细银粉75-90％，玻璃粉1-8％，有机相9-17％；还包括占所述导电超细银粉和玻璃粉总重量的0.05-2％的表面活性剂。优选的，所述表面活性剂占所述导电超细银粉和玻璃粉总重量的0.4-1％，进一步优选为0.5-1％。

上述技术方案中，所述的表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)或明胶中的一种以上。聚乙烯吡咯烷酮的重均分子量范围为40000-130000，例如可选用牌号为PVP40的聚乙烯吡咯烷酮。所述明胶可选用分析纯明胶。

上述技术方案中，所述的导电超细银粉的粒径大小为0.1-10μm，形态为球形或准球形。所述的玻璃粉为Si-B-Al-Pb-O体系玻璃，软化温度为440℃-560℃，粒径为0.1-10μm，可采用传统的熔制方法和球磨粉碎方法进行制备获得。所述的有机相由溶剂和增粘剂组成，所述溶剂选自松油醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯和柠檬酸酯等，所述增粘剂选自乙基纤维素和丁基纤维素等。优选的，所述溶剂和增粘剂的重量比为20∶1～5∶1(wt/wt)。

上述技术方案中，所述银厚膜浆料的细度为5-15μm(用刮板细度计测定)，其粘度为140-220Pa.s(用粘度仪测定，Brookfield HBT/10rpm，25℃)。

本发明还提供了上述晶体硅太阳能电池用银厚膜浆料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将所述导电超细银粉、玻璃粉和表面活性剂进行球磨预处理，球磨速度为40-100r/min，优选为60-80r/min；球磨时间为0.5-3h，优选为1.5-2.5h；然后过滤、干燥，获得球磨预处理产物；

(2)将所述球磨预处理产物与所述有机相混合碾压，获得改性晶体硅太阳能电池用银厚膜浆料。

上述技术方案中，所述球磨预处理时采用的球磨介质为玛瑙球磨珠。

上述技术方案中，所述球磨预处理时，还加入球磨助剂，所述球磨助剂添加量为所述导电超细银粉和玻璃粉总重量的10-30％，优选的添加量为15-20％。所述球磨助剂可选用乙醇、异丙醇、三乙醇胺和丙酮。

下面结合实施例进一步阐述本发明。应理解，本发明提供的优选实施例，仅用来举例说明本发明，而不对本发明的范围作任何限制，任何熟悉此项技术的人员可以轻易实现的修改和变化均包括在本发明及所附权利要求的范围内。

实施例1～6

将导电超细银粉(平均粒径为2.5μm)、玻璃粉、PVP(牌号PVP40)、明胶(分析纯级)、异丙醇和玛瑙球磨珠加入球磨罐中球磨，取出物料，40℃下真空干燥后与有机相(实施例1-4中有机相为松油醇∶乙基纤维素＝10∶1wt/wt；实施例5中有机相为丁基卡必醇∶乙基纤维素＝20∶1wt/wt；实施例6中有机相为柠檬酸酯∶甲基纤维素＝5∶1wt/wt)在混合器中预混合，然后在三辊机上混合碾压，得到银厚膜浆料，用刮板细度计测试浆料的刮板细度，用粘度仪(Brookfield HBT/10rpm，25℃)测定其粘度。用此浆料通过丝网印刷制成太阳能电池的正面电极，按常规方法制备成太阳能电池，测定其填充因子FF、串联电阻Rs、转化效率η、电极高度以及电极的机械强度。原料配比、制备工艺条件及测试结果如表1所示。

浆料的刮板细度、填充因子FF、串联电阻Rs、转化效率η以及电极机械强度的定义和检测方法，在有关太阳能电池公开的文献中有详细的描述和报道。

比较例1-2

比较例1-2中，导电浆料制备工艺和电池制备工艺相似于实施例1，其组成和电池性能结果如表1所示。

表1导电浆料组成与太阳能电池性能

^*注：以比较例1的短路电流Isc、填充因子FF、串联电阻Rs、光转化效率η为1，其它与之比较相对值。

Claims (7)

1.一种晶体硅太阳能电池银厚膜用浆料，以所述浆料的总重量为基准计，包括如下重量百分比的组分：

导电超细银粉 75-90%

玻璃粉       1-8%

有机相       9-17%；

还包括占所述导电超细银粉和玻璃粉总重量的0.05-2%的表面活性剂；所述的导电超细银粉的粒径大小为0.1-10μm，形态为球形或准球形；所述的玻璃粉为Si-B-Al-Pb-O体系玻璃，软化温度为440℃-560℃，粒径为0.1-10μm；

所述一种晶体硅太阳能电池银厚膜用浆料由包括以下步骤的制备方法获得：

（1）将所述导电超细银粉、玻璃粉和表面活性剂进行球磨预处理，球磨速度为40-100r/min，球磨时间为0.5-3h，然后过滤、干燥，获得球磨预处理产物；

（2）将所述球磨预处理产物与所述有机相混合碾压，获得改性晶体硅太阳能电池用银厚膜浆料；

所述的表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮或明胶中的一种以上。

2.如权利要求1所述的晶体硅太阳能电池银厚膜用浆料，其特征在于，所述的有机相由溶剂和增粘剂组成，所述溶剂选自松油醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯或柠檬酸酯，所述增粘剂选自乙基纤维素和丁基纤维素。

3.如权利要求2所述的晶体硅太阳能电池银厚膜用浆料，其特征在于，所述溶剂和增粘剂的重量比为20∶1～5∶1。

4.如权利要求1所述的晶体硅太阳能电池银厚膜用浆料，其特征在于，所述银厚膜浆料的细度为5-15μm，其粘度为140-220Pa.s。

5.制备如权利要求1-4任一所述的晶体硅太阳能电池银厚膜用浆料的方法，包括如下步骤：

（1）将所述导电超细银粉、玻璃粉和表面活性剂进行球磨预处理，球磨速度为40-100r/min，球磨时间为0.5-3h，然后过滤、干燥，获得球磨预处理产物；

（2）将所述球磨预处理产物与所述有机相混合碾压，获得改性晶体硅太阳能电池用银厚膜浆料。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述球磨预处理时，还加入球磨助剂，所述球磨助剂添加量为所述导电超细银粉和玻璃粉总重量的10-30%。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述球磨助剂选自乙醇、异丙醇、三乙醇胺和丙酮。