CN102592705A - 一种环保水基体系的太阳能电池正极银浆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种环保水基体系的太阳能电池正极银浆及其制备方法，该银浆原料包括以下组分和重量百分含量：(1)银粉80～90％，(2)玻璃粉1～5％，(3)水基粘结剂6～16％，(4)树脂1～5％，(5)添加溶剂1～5％。与现有技术相比，本发明具备如下四个优点：一、用本发明配方所制的电子浆料环保性好。二、用本发明配方所制的电子浆料成本低廉，且容易获得。三、用本发明配方所制的电子浆料在硅片上烧结后，和硅片膨胀系数匹配，收缩率小，烧结后的太阳能电池片翘曲度小，电池片成品率高。四、用本发明配方所制的太阳能电池栅线高宽比大，欧姆接触好，串联电阻小，填充因子高，转化效率较国外同等品牌产品有一定优势。

Description

一种环保水基体系的太阳能电池正极银浆及其制备方法

技术领域

本发明涉及银浆和半导体技术领域，具体是一种环保水基体系的太阳能电池正极银浆及其制备方法。

背景技术

随着煤炭、石油、天然气等传统燃料能源的频频告急，不可再生能源的使用对环境造成的危害日益加剧，能源问题已经严重的制约人类工业和经济发展。新能源相关项目在国家的大力支持下正以日新月异的速度发展，其中晶体硅太阳能电池做为最重要的一种新能源电池在节能减排方面发挥的作用尤其明显。

所谓太阳能电池，是指通过太阳能电池为媒介，将太阳光的能量直接转化为电能的过程。光伏太阳能电池的能量转换机制不同于太阳热发电，更于太阳能热水器系统对太阳能的利用存在本质的区别。光伏技术建立在量子力学和半导体物理学的理论基础之上，致力于光电材料与器件的研发于应用，实现常温下光能和电能的直接转换。

目前晶体硅环保水基体系的太阳能电池正极银浆完全被外国企业所垄断，实现高端导电材料的国产化，首先可每年节约大量的资金；其次是降低晶体硅太阳能电池的成本，同时加快了光伏产业的技术进步，从而使光伏产业形成更有力的竞争力；最后对光伏电池企业来说还有供应商安全保障的重大意义。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种环保性好、成本低、成品率高的环保水基体系的太阳能电池正极银浆及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种环保水基体系的太阳能电池正极银浆，其特征在于，该银浆原料包括以下组分和重量百分含量：(1)银粉80～90％，(2)玻璃粉1～5％，(3)水基粘结剂6～16％，(4)树脂1～5％，(5)添加溶剂1～5％。

所述的银粉通过以下方法制得：(1)银氨溶液的配制：将银盐与氨水混合反应生成可溶性银氨配合物水溶液，所述的银盐与氨水的质量比为(1-1.5)∶1；(2)还原液的配制：将还原剂与分散剂加入去离子水中混合制成还原液；(3)在10-80℃将银氨溶液和还原液均匀混合生成银粉；(4)所得银粉经过水洗、水基溶剂洗、干燥、打粉、过筛得到银粉。

所述的银盐为碳酸银或硝酸银，所述的还原剂为抗坏血酸，还原剂的加入量为银盐质量的6-9倍，所述的分散剂为聚乙烯吡咯烷酮与吐温-80的混合物，所述的聚乙烯吡咯烷酮的加入量为银盐质量的0.5-0.9倍，所述的吐温-80的加入量为银盐质量的0.02-0.04倍。

所述的玻璃粉通过以下方法制备：(1)按以下组分和重量百分比含量称取原料：PbO 40～80％、Bi₂O₃ 0～35％、B₂O₃ 2～6％、Al₂O₃ 0.5～8％、SiO₂ 10～15％、CuO 2～5％、Li₂O 1～3.5％、ZrO₂ 1～3.5％、Na₂O 0～5％；

(2)将上述原材料混合均匀，在1000-1200℃下熔融2-4小时，将玻璃液水淬，烘干后在球磨机中球磨14h，干燥后得到玻璃粉。

所述的水基粘结剂通过以下方法制备：将重量比为5～30％的树脂加入到95～70％的去离子水溶剂中，在80～100℃的恒温水槽中充分溶解，保温2～4小时，然后通过300～400目的不锈钢丝筛网，过滤，陈化3～5天后即得。

所述的树脂包括：PEO、PEG、PVA、醋酸硝酸纤维素、乙基纤维素等中的一种或几种以任意比例的混合物。

所述的添加溶剂包括：去离子水、甘油、氮氮二甲基甲酰胺、定价卡必醇、四氢呋喃、二甲基亚砜中的一种或几种以任意比例的混合物。

一种环保水基体系的太阳能电池正极银浆的其制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)制备银粉：(1)银氨溶液的配制：将银盐与氨水混合反应生成可溶性银氨配合物水溶液，所述的银盐与氨水的质量比为(1-1.5)∶1；(2)还原液的配制：将还原剂与分散剂加入去离子水中混合制成还原液；(3)在10-80℃将银氨溶液和还原液均匀混合生成银粉；(4)所得银粉经过水洗、有机溶剂洗、超声、干燥、打粉、过筛得到银粉；

(2)制备含铅玻璃粉：(1)按以下组分和重量百分比含量称取原料：PbO40～80％、Bi₂O₃ 0～35％、B₂O₃ 2～6％、Al₂O₃ 0.5～8％、SiO₂ 10～15％、CuO 2～5％、Li₂O 1～3.5％、ZrO₂ 1～3.5％、Na₂O 0～5％；(2)将上述原材料混合均匀，在1150-1300℃下熔融0.5-2小时，将玻璃液水淬后干燥，先用20-30mm的大球，干磨0.5-2小时，然后用1-6mm的小球湿磨6-20小时，经过干燥后，可以得到D50为2.6-5.2um的玻璃粉即为含铅玻璃粉；

(3)制备水基粘结剂：将重量比为5～30％的树脂加入到95～70％的去离子水溶剂中，在80～100℃的恒温水槽中充分溶解，保温2～4小时，然后通过300～400目的不锈钢丝筛网，过滤，陈化3～5天后使用；

(4)制备浆料：按配方规定将步骤(1)、(2)、(3)制得的原料经过充分搅拌后加入树脂和添加溶剂，然后在三辊机上进行充分分散，从而得到浆料；

(5)将步骤(4)中得到的浆料经过粘度测量，调节粘度成为终极产品。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

一、用本发明配方所制的电子浆料环保性好，所使用溶剂为去离子水，烧结后仅仅产生水蒸气随管道排到空气中，不会产生二氧化碳或者其他燃烧不充分的有毒气体。

二、用本发明配方所制的电子浆料成本低廉，且容易获得，溶剂为去离子水，成本较现行技术使用的任何溶剂都低。

三、用本发明配方所制的电子浆料在硅片上烧结后，和硅片膨胀系数匹配，收缩率小，烧结后的太阳能电池片翘曲度小，电池片成品率高。

四、用本发明配方所制的太阳能电池栅线高宽比大，欧姆接触好，串联电阻小，填充因子高，转化效率较国外同等品牌产品有一定优势。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明做详细描叙，下述实施例仅用于说明本发明，但并不用于限定本发明的实施范围，包括以此发明为构思，以此做出的替换或者外延，都应视为本发明专利应该保护的范围。

高转化效率太阳能电池正极银浆的制备方法，包括以下步骤：

(1)按照银粉配方的要求，进行银粉的制备。

(2)按照玻璃粉配方的要求，进行各种原料的精确称量，进行玻璃的熔制；

(3)按照溶剂和树脂的配方要求，先将溶剂和树脂通过水浴加热的方式，先制成水基粘结剂。

(4)将步骤(1)、(2)(3)的原料经过充分搅拌后，再加入配方比例的添加剂在三辊机上进行充分分散，从而得到浆料。

(5)将步骤(3)中得到的的浆料经过粘度测量，调节粘度成为终极产品。

实施例1

(1)水基粘结剂的制备：称取5％的的PEO，95％的去离子水，在80℃的恒温水槽中充分溶解，保温4小时，然后通过300目的不锈钢丝筛网过滤，陈化3天后使用。

(2)浆料的制备：称取80％的银粉，3％的玻璃粉，12％的水基粘结剂，3％的水基添加剂，在三辊机上进行充分的分散，通过加入剩余的2％的溶剂或者粘结剂调节浆料粘度值用BROOKFILED粘度剂，10RPM，4分钟测试在100pa.s。

该样品印刷烧结后，转化效率为17.2％。

实施例2

(1)水基粘结剂的制备：称取5％的PEO，2％PVA，90％去离子水，3％的氮氮二甲基甲酰胺在80℃的恒温水槽中充分溶解，保温4小时，然后通过350目的不锈钢丝筛网，过滤，陈化4天后使用。

(2)浆料的制备：称取85％银粉，3％的玻璃粉，10％水基粘结剂，在三辊机上进行充分的分散，通过加入剩余的2％水基溶剂或者粘结剂调节浆料粘度值用BROOKFILED粘度剂，10RPM，4分钟测试在90pa.s。

该样品印刷烧结后，转化效率为17.5％。

实施例3

(1)水基粘结剂的制备：称取4％PEO，3％的PEG，85％去离子水，2％的甘油，5％的丁基卡必醇，在90℃的恒温水槽中充分溶解，保温2小时，然后通过300目的不锈钢丝筛网过滤，陈化5天后使用。

(2)浆料的制备：称取87％的银粉，2.5％的玻璃粉，9％的水基粘结剂，在三辊机上进行充分的分散，通过加入剩余的1.5％的水基溶剂或者粘结剂调节浆料粘度值用BROOKFILED粘度剂，10RPM，4分钟测试在85pa.s。

该样品印刷烧结后，转化效率为18.2％。

实施例4

(1)水基粘结剂的制备：称取4％PEO，3％的PEG，90％去离子水，3％的甘油，在90℃的恒温水槽中充分溶解，保温2小时，然后通过400目的不锈钢丝筛网过滤，陈化3天后使用。

(2)浆料的制备：称取90％的银粉，2％的玻璃粉，7％的水基粘结剂，在三辊机上进行充分的分散，通过加入剩余的1％的去离子水溶剂或者水基粘结剂调节浆料粘度值用BROOKFILED粘度剂，10RPM，4分钟测试在70pa.s。

样品印刷烧结后，转化效率为18.7％。

实施例5

一种环保水基体系的太阳能电池正极银浆的其制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)制备银粉：(1)银氨溶液的配制：将碳酸银与氨水混合反应生成可溶性银氨配合物水溶液，所述的碳酸银与氨水的质量比为1∶1；(2)还原液的配制：将还原剂抗坏血酸与分散剂聚乙烯吡咯烷酮与吐温-80的混合物加入去离子水中混合制成还原液；(3)在10℃将银氨溶液和还原液均匀混合生成银粉；(4)所得银粉经过水洗、有机溶剂洗、超声、干燥、打粉、过筛得到银粉；所述的抗坏血酸的加入量为碳酸银质量的6倍，所述的聚乙烯吡咯烷酮的加入量为碳酸银质量的0.5倍，所述的吐温-80的加入量为碳酸银质量的0.02倍；

(2)制备含铅玻璃粉：(1)按以下组分和重量百分比含量称取原料：PbO 40％、Bi₂O₃ 35％、B₂O₃ 6％、Al₂O₃ 0.5％、SiO₂ 10％、CuO 5％、Li₂O 2.5％、ZrO₂ 1％、Na₂O 0％；(2)将上述原材料混合均匀，在1150℃下熔融2小时，将玻璃液水淬后干燥，先用20mm的大球，干磨2小时，然后用1mm的小球湿磨20小时，经过干燥后，可以得到D50为2.6-5.2um的玻璃粉即为含铅玻璃粉；

(3)制备水基粘结剂：将重量比为5％的树脂加入到95％的去离子水溶剂中，在80℃的恒温水槽中充分溶解，保温4小时，然后通过300～400目的不锈钢丝筛网，过滤，陈化3～5天后使用；

(4)制备浆料：将步骤(1)、(2)、(3)制得的原料按重量百分含量称取：银粉80％，玻璃粉1％，水基粘结剂16％，经过充分搅拌后加入树脂醋酸硝酸纤维素1％和添加溶剂氮氮二甲基甲酰胺1％，然后在三辊机上进行充分分散，从而得到浆料；

(5)将步骤(4)中得到的浆料经过粘度测量，采用去离子水调节浆料粘度用BROOKFILED粘度剂，10RPM，4分钟测试在70pa.s，成为终极产品。

实施例6

一种环保水基体系的太阳能电池正极银浆的其制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)制备银粉：(1)银氨溶液的配制：将硝酸银与氨水混合反应生成可溶性银氨配合物水溶液，所述的硝酸银与氨水的质量比为1.5∶1；(2)还原液的配制：将还原剂抗坏血酸与分散剂聚乙烯吡咯烷酮与吐温-80的混合物加入去离子水中混合制成还原液；(3)在80℃将银氨溶液和还原液均匀混合生成银粉；(4)所得银粉经过水洗、有机溶剂洗、超声、干燥、打粉、过筛得到银粉；所述的抗坏血酸的加入量为硝酸银质量的9倍，所述的聚乙烯吡咯烷酮的加入量为硝酸银质量的0.9倍，所述的吐温-80的加入量为硝酸银质量的0.04倍；

(2)制备含铅玻璃粉：(1)按以下组分和重量百分比含量称取原料：PbO 61％、Bi₂O₃ 0％、B₂O₃ 2％、Al₂O₃ 8％、SiO₂ 15％、CuO 2％、Li₂O 3.5％、ZrO₂ 3.5％、Na₂O 5％；(2)将上述原材料混合均匀，在1300℃下熔融0.5小时，将玻璃液水淬后干燥，先用30mm的大球，干磨0.5小时，然后用6mm的小球湿磨6小时，经过干燥后，可以得到D50为2.6-5.2um的玻璃粉即为含铅玻璃粉；

(3)制备水基粘结剂：将重量比为30％的树脂醋酸硝酸纤维素加入到70％的去离子水溶剂中，在100℃的恒温水槽中充分溶解，保温2小时，然后通过300～400目的不锈钢丝筛网，过滤，陈化3～5天后使用；

(4)制备浆料：将步骤(1)、(2)、(3)制得的原料按重量百分含量称取：银粉90％，玻璃粉2％，水基粘结剂6％，经过充分搅拌后加入树脂醋酸硝酸纤维素1％和添加溶剂氮氮二甲基甲酰胺1％，然后在三辊机上进行充分分散，从而得到浆料；

(5)将步骤(4)中得到的浆料经过粘度测量，采用水基粘结剂调节浆料粘度至用BROOKFILED粘度剂，10RPM，4分钟测试在70pa.s，即得终极产品。

实施例7

一种环保水基体系的太阳能电池正极银浆的其制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)制备银粉：(1)银氨溶液的配制：将硝酸银与氨水混合反应生成可溶性银氨配合物水溶液，所述的硝酸银与氨水的质量比为1.5∶1；(2)还原液的配制：将还原剂抗坏血酸与分散剂聚乙烯吡咯烷酮与吐温-80的混合物加入去离子水中混合制成还原液；(3)在80℃将银氨溶液和还原液均匀混合生成银粉；(4)所得银粉经过水洗、有机溶剂洗、超声、干燥、打粉、过筛得到银粉；所述的抗坏血酸的加入量为硝酸银质量的9倍，所述的聚乙烯吡咯烷酮的加入量为硝酸银质量的0.9倍，所述的吐温-80的加入量为硝酸银质量的0.04倍；

(2)制备含铅玻璃粉：(1)按以下组分和重量百分比含量称取原料：PbO 80％、Bi₂O₃ 1％、B₂O₃ 2％、Al₂O₃ 2％、SiO₂ 10％、CuO 2％、Li₂O 1％、ZrO₂ 15％、Na₂O1％；(2)将上述原材料混合均匀，在1200℃下熔融1小时，将玻璃液水淬后干燥，先用25mm的大球，干磨1小时，然后用3mm的小球湿磨10小时，经过干燥后，可以得到D50为2.6-5.2um的玻璃粉即为含铅玻璃粉；

(3)制备水基粘结剂：将重量比为20％的树脂PEG加入到80％的去离子水溶剂中，在90℃的恒温水槽中充分溶解，保温3小时，然后通过300～400目的不锈钢丝筛网，过滤，陈化3～5天后使用；

(4)制备浆料：将步骤(1)、(2)、(3)制得的原料按重量百分含量称取：银粉80％，玻璃粉4％，水基粘结剂6％，经过充分搅拌后加入树脂PEG 5％和添加溶剂氮氮二甲基甲酰胺5％，然后在三辊机上进行充分分散，从而得到浆料；

(5)将步骤(4)中得到的浆料经过粘度测量，采用水基粘结剂调节浆料粘度至用BROOKFILED粘度剂，10RPM，4分钟测试在70pa.s，即得终极产品。

Claims (8)

1.一种环保水基体系的太阳能电池正极银浆，其特征在于，该银浆原料包括以下组分和重量百分含量：(1)银粉80～90％，(2)玻璃粉1～5％，(3)水基粘结剂6～16％，(4)树脂1～5％，(5)添加溶剂1～5％。

2.根据权利要求1所述的一种环保水基体系的太阳能电池正极银浆，其特征在于，所述的银粉通过以下方法制得：(1)银氨溶液的配制：将银盐与氨水混合反应生成可溶性银氨配合物水溶液，所述的银盐与氨水的质量比为(1-1.5)∶1；(2)还原液的配制：将还原剂与分散剂加入去离子水中混合制成还原液；(3)在10-80℃将银氨溶液和还原液均匀混合生成银粉；(4)所得银粉经过水洗、水基溶剂洗、干燥、打粉、过筛得到银粉。

3.根据权利要求2所述的一种环保水基体系的太阳能电池正极银浆，其特征在于，所述的银盐为碳酸银或硝酸银，所述的还原剂为抗坏血酸，还原剂的加入量为银盐质量的6-9倍，所述的分散剂为聚乙烯吡咯烷酮与吐温-80的混合物，所述的聚乙烯吡咯烷酮的加入量为银盐质量的0.5-0.9倍，所述的吐温-80的加入量为银盐质量的0.02-0.04倍。

4.根据权利要求1所述的一种环保水基体系的太阳能电池正极银浆，其特征在于，所述的玻璃粉通过以下方法制备：(1)按以下组分和重量百分比含量称取原料：PbO 40～80％、Bi₂O₃ 0～35％、B₂O₃ 2～6％、Al₂O₃ 0.5～8％、SiO₂ 10～15％、CuO2～5％、Li₂O 1～3.5％、ZrO₂ 1～3.5％、Na₂O 0～5％；

(2)将上述原材料混合均匀，在1000-1200℃下熔融2-4小时，将玻璃液水淬，烘干后在球磨机中球磨14h，干燥后得到玻璃粉。

5.根据权利要求1所述的一种环保水基体系的太阳能电池正极银浆，其特征在于，所述的水基粘结剂通过以下方法制备：将重量比为5～30％的树脂加入到95～70％的去离子水溶剂中，在80～100℃的恒温水槽中充分溶解，保温2～4小时，然后通过300～400目的不锈钢丝筛网，过滤，陈化3～5天后即得。

6.根据权利要求1或5所述的一种环保水基体系的太阳能电池正极银浆，其特征在于，所述的树脂包括：PEO、PEG、PVA、醋酸硝酸纤维素、乙基纤维素等中的一种或几种以任意比例的混合物。

7.根据权利要求1所述的一种环保水基体系的太阳能电池正极银浆，其特征在于，所述的添加溶剂包括：去离子水、甘油、氮氮二甲基甲酰胺、定价卡必醇、四氢呋喃、二甲基亚砜中的一种或几种以任意比例的混合物。

8.一种如权利要求1所述的环保水基体系的太阳能电池正极银浆的其制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)制备银粉：(1)银氨溶液的配制：将银盐与氨水混合反应生成可溶性银氨配合物水溶液，所述的银盐与氨水的质量比为(1-1.5)∶1；(2)还原液的配制：将还原剂与分散剂加入去离子水中混合制成还原液；(3)在10-80℃将银氨溶液和还原液均匀混合生成银粉；(4)所得银粉经过水洗、有机溶剂洗、超声、干燥、打粉、过筛得到银粉；

(2)制备含铅玻璃粉：(1)按以下组分和重量百分比含量称取原料：PbO40～80％、Bi₂O₃ 0～35％、B₂O₃ 2～6％、Al₂O₃ 0.5～8％、SiO₂ 10～15％、CuO 2～5％、Li₂O 1～3.5％、ZrO₂ 1～3.5％、Na₂O 0～5％；(2)将上述原材料混合均匀，在1150-1300℃下熔融0.5-2小时，将玻璃液水淬后干燥，先用20-30mm的大球，干磨0.5-2小时，然后用1-6mm的小球湿磨6-20小时，经过干燥后，可以得到D50为2.6-5.2um的玻璃粉即为含铅玻璃粉；

(3)制备水基粘结剂：将重量比为5～30％的树脂加入到95～70％的去离子水溶剂中，在80～100℃的恒温水槽中充分溶解，保温2～4小时，然后通过300～400目的不锈钢丝筛网，过滤，陈化3～5天后使用；

(4)制备浆料：按配方规定将步骤(1)、(2)、(3)制得的原料经过充分搅拌后加入树脂和添加溶剂，然后在三辊机上进行充分分散，从而得到浆料；

(5)将步骤(4)中得到的浆料经过粘度测量，调节粘度成为终极产品。