CN102592707A - 硅太阳能电池电极银浆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种硅太阳能电池电极银浆及其制备方法,适用于高光电转化效率、高印刷精度要求的硅太阳能电池系统。本发明的硅太阳能电池电极银浆成分包含有银粉、玻璃粉、有机相、有机溶剂及氧化物添加剂，其中银粉的质量百分比含量为60-85%，无机相的质量百分比含量为8-12%，有机相的质量百分含量为7-20%，有机溶剂的质量百分比含量为2-8%，氧化物添加剂的质量百分比含量为0.1-3%。本发明采用特殊参数的银粉为主要材料，结合加入的氧化物具有助熔的效果，制备的银导线表面更加光滑、适合制备高精密度的导线；并且加入的氧化物添加剂能够降低势垒、有助于增加导电粒子与半导体表面的接触，提高了电极的导电性能与太阳能电池的转化效率。

Description

硅太阳能电池电极银浆及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种硅太阳能电池电极银浆及其制备方法,适用于高光电转化效率、高印刷精度要求的硅太阳能电池系统。

技术背景

近年来，随着全球能源枯竭与对CO2排放的限制越来越高，太阳能主要是晶硅太阳能的发展得到了迅猛发展。目前我国已经成为全球最大的太阳能电池片的生产基地，并且绝大部分太阳能产业所用的原材料都已经国产化，但是银浆主要还是依靠国外进口，比如杜邦与FERRO公司。银浆的作用是制造欧姆接触的合金层，并作为电池的引线，其性能直接影响到太阳能电池的关键指标——光电转化效率。晶硅太阳能的银浆是将银粉、无机相、有机相、有机溶剂以及无机添加剂混合轧制而成。浆料要求表面光洁度高、无颗粒、凹坑、毛刺等缺陷。

具体对于银浆中的银粉而言，要求银粉的颗粒大小均匀，且粒度适中。银粒子既不能过大也不能过小，并且颗粒尺寸的均匀性应该较好。颗粒均匀性较好的银粒子会降低电池的反向漏电流，从而提高开路典押与短路电流，并有效提升使并联电阻与转换效率等电性能参数。实验证明采用大小均匀的直径在2米至0.1微米范围内的银粒子能够取得极佳的性能。

另外，在浆料烧制成电极的过程中，要经过高温短时烧制，在烧制时现有浆料一般出现由于收缩而出现分辨率下降等问题，因此，提高银浆的高温烧制性能非常必要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种高温烧制性能优异，烧制的电极精密度高、导电性能优良的硅太阳能电池电极银浆及其其制备方法。

本发明的硅太阳能电池电极银浆成分包含有银粉、玻璃粉、有机相、有机溶剂及氧化物添加剂，其中银粉的质量百分比含量为60-85%，无机相的质量百分比含量为8-12%，有机相的质量百分含量为7-20%，有机溶剂的质量百分比含量为2-8%，氧化物添加剂的质量百分比含量为0.1-3%。银粉是主要的导电成分，烧结后为载流子的传输形成良好的通路，玻璃粉在烧结过程中溶解银粉，且协助银分到达硅表面；有机相用于提升浆料印刷后的可塑性，有机溶剂用于溶解浆料中的有机成分，氧化物添加剂用于提升浆料的工艺性能与综合性能。

银的颗粒尺寸太大，会增大反向漏电流，增大电池PN结烧穿的可能性，如果银的颗粒尺寸太小，则会使电池串联电阻变大。因此浆料中应采用尺寸适中、大小均匀的银颗粒。本发明所采用的银粉是直径在0.1微米至2微米范围内的银粒子，并且振实密度在4.5g/cc以上。

所述有机相可以是乙基纤维素、酚醛树脂、环氧树脂、松香、硬脂酸盐、松油醇等常规材料中的一种或多种组合。有机溶剂可以是丙二醇醚类、丙二醇酯类、丁酮、丁基卡必醇、乙二醇苯醚、丁基卡必醇酯类等常规材料中的一种或多种组合。将有机相与有机溶剂在90-160℃加热溶解，则得到均匀透明的有机相。

所述氧化物为金属氧化物，可以是Bi2O3、CaO、MgO、Al2O3、Ta2O5、ZnO、TiO2、SbO或SnO2等材料中的一种或多种组合。

本发明硅太阳能电池电极银浆的制备方法包括以下步骤：

（1） 材料与设备的准备：（a）银粉：平均粒径为0.1-2微米，振实密度在4.5g/cc以上；（b）玻璃粉料；(c) 有机相；（d）有机溶剂；（e）氧化物添加剂；

（2） 玻璃粉末的制备：根据将玻璃粉料混合均匀，然后装入坩埚中熔融，其中加热温度为1000-1300℃，保温1-2小时，待玻璃液澄清均匀后，直接倒入去离子水中水淬，然后在球磨机上球磨，过筛，保证玻璃粉末在5微米以下；

（3） 银浆的制备：将银粉、无机相、有机相、有机溶剂以及氧化物添加剂按比例混合，其中银粉的质量百分比含量为60-85%，无机相的质量百分比含量为8-12%，有机相的质量百分含量为7-20%，有机溶剂的质量百分比含量为2-8%，氧化物添加剂的质量百分比含量为0.1-3%，然后将该混合物在玛瑙研钵中充分混合，再在三辊研磨机上研磨多次，得到粒径在5微米以下、黏度在9-11万mPa*S的均匀浆料。

本发明与公知技术相比的优点：本发明采用特殊参数的银粉为主要材料，结合加入的氧化物具有助熔的效果，制备的银导线表面更加光滑、适合制备高精密度的导线；并且加入的氧化物添加剂能够降低势垒、有助于增加导电粒子与半导体表面的接触，提高了电极的导电性能与太阳能电池的转化效率。

具体实施方式：

实施例1：

按以下步骤制作银浆、电极，并检测其结果。

（1）准备配方

准备质量含量80%平均粒径为0.8微米的银粉，质量含量0.2%的Bi2O3粉,质量含量9%的软化点为458℃的玻璃粉，质量含量7.8%的有机相，质量含量3%的有机溶剂。

（2）配制银浆、烧制电极

将玻璃粉混合均匀，然后装入坩埚中熔融，其中加热温度为1200℃，保温1小时。

待玻璃液澄清均匀后，直接倒入去离子水中水淬。

在球磨机上球磨。

将球磨后的粉末用3000目的筛网过筛，将残留的大颗粒继续球磨。

将过筛后的玻璃粉与步骤（1）所述配方中的其他材料按比例混合，然后将该混合物在玛瑙研钵中充分混合，再在三辊研磨机上研磨三次，得到银浆。

采用丝网印刷机将银浆印刷在Si基板上，然后在80-200℃干燥，再在700-1000℃进行快速烧制电极引线。

（3）结果检测：

高温烧结后制成的电极引线表面银白，光滑无缺陷，剥离强度6N/cm,锡焊性能良好,制备的电池光电转化效率为18.2%。

 

实施例2： 

按以下步骤制作银浆、电极，并检测其结果。

（1）准备配方

准备质量含量80%平均粒径为1.9微米的银粉，质量含量0.5%的Bi₂O₃粉,质量含量9%的软化点为458℃的玻璃粉，质量含量7.5%的有机相，质量含量3%的有机溶剂。

（2）配制银浆、烧制电极

步骤与实施例1相同。

（3） 结果检测

烧结后制成的引线表面银白，光滑无缺陷，剥离强度6.5N/cm,锡焊性能良好,制备的电池光电转化效率为19%。

 

实施例3： 

按以下步骤制作银浆、电极，并检测其结果。

（1）准备配方

准备质量含量78%平均粒径为0.5微米的银粉，质量含量1.5%的SnO₂,质量含量10%的软化点为450的玻璃粉，质量含量8%的有机相，质量含量2.5%的有机溶剂。

（2）配制银浆、烧制电极

步骤与实施例1相同。

（3） 结果检测

烧结后制成的引线表面银白，光滑无缺陷，剥离强度7.5N/cm,锡焊性能良好,制备的电池光电转化效率为17%。

 

实施例4：

按以下步骤制作银浆、电极，并检测其结果。

（1）准备配方

准备质量含量62%平均粒径为1.1微米的银粉，质量含量3%的ZnO, 质量含量1%的SnO2,质量含量8%的软化点为450℃的玻璃粉，质量含量18%的有机相，质量含量8%的有机溶剂。

（2）配制银浆、烧制电极

步骤与实施例1相同。

（3） 结果检测

烧结后制成的引线表面银白，光滑无缺陷，剥离强度6.9N/cm,锡焊性能良好,制备的电池光电转化效率为18.8%。

 

实施例5 

按以下步骤制作银浆、电极，并检测其结果。

（1）准备配方

准备质量含量70%平均粒径为1.1微米的银粉，质量含量1.5%的TiO₂, 质量含量12%的软化点为450的玻璃粉，质量含量13%的有机相，质量含量3.5%的有机溶剂。

（2）配制银浆、烧制电极

步骤与实施例1相同。

（3） 结果检测

烧结后制成的引线表面银白，光滑无缺陷，剥离强度6.8N/cm,锡焊性能良好,制备的电池光电转化效率为17%。

Claims (6)

1.一种硅太阳能电池电极银浆，其成分包含有银粉、玻璃粉、有机相、有机溶剂及氧化物添加剂，其中银粉的质量百分比含量为60-85%，无机相的质量百分比含量为8-12%，有机相的质量百分含量为7-20%，有机溶剂的质量百分比含量为2-8%，氧化物添加剂的质量百分比含量为0.1-3%。

2.根据权利要求1所述的硅太阳能电池电极银浆，其特征是：所棕银粉是直径在0.1微米至2微米范围内的银粒子，并且振实密度在4.5g/cc以上。

3.根据权利要求1所述的硅太阳能电池电极银浆，其特征是：所述有机相是乙基纤维素、酚醛树脂、环氧树脂、松香、硬脂酸盐、松油醇中的一种或多种组合。

4.根据权利要求1所述的硅太阳能电池电极银浆，其特征是：所述有机溶剂可以是丙二醇醚类、丙二醇酯类、丁酮、丁基卡必醇、乙二醇苯醚、丁基卡必醇酯类等材料中的一种或多种组合。

5.根据权利要求1所述的硅太阳能电池电极银浆，其特征是：所述氧化物为金属氧化物Bi₂O₃、CaO、MgO、Al₂O₃、Ta₂O₅、ZnO、TiO₂、Sb、SnO₂中的一种或多种组合。

6.一种硅太阳能电池电极银浆的制备方法，其特征是：包括以下步骤，

（1） 材料与设备的准备：（a）银粉：平均粒径为0.1-2微米，振实密度在4.5g/cc以上；（b）玻璃粉料；(c) 有机相；（d）有机溶剂；（e）氧化物添加剂；

（2） 玻璃粉末的制备：根据将玻璃粉料混合均匀，然后装入坩埚中熔融，其中加热温度为1000-1300℃，保温1-2小时，待玻璃液澄清均匀后，直接倒入去离子水中水淬，然后在球磨机上球磨，过筛，保证玻璃粉末在5微米以下；

（3） 银浆的制备：将银粉、无机相、有机相、有机溶剂以及氧化物添加剂按比例混合，其中银粉的质量百分比含量为60-85%，无机相的质量百分比含量为8-12%，有机相的质量百分含量为7-20%，有机溶剂的质量百分比含量为2-8%，氧化物添加剂的质量百分比含量为0.1-3%，然后将该混合物在玛瑙研钵中充分混合，再在三辊研磨机上研磨多次，得到粒径在5微米以下、黏度在9-11万mPa*S的均匀浆料。