CN102646459A - 混合银粉晶体硅基太阳能电池正面银浆料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

混合银粉晶体硅基太阳能电池正面银浆料及其制备方法，所述混合银粉晶体硅基太阳能电池正面银浆料各组分的重量百分含量为：混合导电银粉72～91%，玻璃粉1～15%，有机载体7～14%；以上重量百分含量之和为100%。所述方法是先制备混合导电银粉，玻璃粉和有机载体，然后加入容器中搅拌，再进行三辊研磨，过滤，即得混合银粉晶体硅基太阳能电池正面银浆料。此正银银浆的特点为印刷性能好，能满足副栅宽度为35～100微米的网板印刷工艺，烧结工艺窗口宽，烧结之后线条分辨率高，电池栅线高宽比好，光电转化效率高，平均能达到18.4%，高于一般商业正银浆料水准。

Description

混合银粉晶体硅基太阳能电池正面银浆料及其制备方法

技术领域

本发明涉及太阳能电池领域，具体为一种由纳米与微米级的混合银粉制备的晶体硅基高效太阳能电池正面银浆及其制备方法。

背景技术

能源是经济社会发展的基石，也是人类可持续发展的重要保障，太阳能作为取之不尽的能量源泉，无疑是众多能源中的佼佼者。当今以晶体硅太阳能电池为代表的光伏产业迎来了迅猛发展，国家在“十二五”规划纲要中明确了我国太阳能五年发展目标：以西藏、内蒙古、甘肃、宁夏、青海、新疆、云南等省区为重点，建成太阳能电站500万千瓦以上。2009年，据统计国内光伏市场仅仅有30万千瓦，要在5年内完成500万千瓦，可见国家对光伏产业的投入将是前所未有的，这也给光伏材料的发展带来巨大契机。

随着国家光伏产业的迅猛发展，我国对晶体硅太阳能正面银浆的需求越来越多，然而国内使用的晶体硅太阳能正面银浆绝大多数都依赖进口国外晶体硅太阳能正面银浆浆料。国内企业在太阳能正银银浆上的技术还不是很成熟。

然而，太阳能电池正面银浆在晶硅电池片中又是至关重要的，其性能好坏直接关系到光电转化率，是制作太阳能电池中得一个非常关键的技术。目前的正面银浆，都被国外大型浆料厂家所垄断，如杜邦、贺利氏、Ferro等等，国内正银研发处于发展阶段，没有规模性的销售生产，技术难点在于如何提高光电转化效率，而浆料本身基本性能对国内研发技术人员来说都能达到，如优秀的印刷性能、高宽比、浆料高触变性等等，但关键的电性能方面不能满足现在的水准，都处于低端水平。单一的一种微米银粉用来制作太阳能正面银浆，在经过印刷、烧结等工艺后，由于有较大的粒径，其本身会导致电池片上的栅线不致密，且微米银粉在高温熔化时与玻璃相、晶硅进行的反应不够完全，导致没有良好的欧姆接触，从而直接关系到电性能的无法提升，调整其他生产工艺并不能非常有效的解决问题。研发高光电转化效率的正面银浆，是非常大的难题。

发明内容

    本发明所解决的技术问题在于提供一种混合银粉晶体硅基太阳能电池正面银浆料及其制备方法，以解决上述背景技术中的问题。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

混合银粉晶体硅基太阳能电池正面银浆料，各组分的重量百分含量为：混合导电银粉72～91%，玻璃粉1～15%，有机载体7～14%；以上重量百分含量之和为100%。

所述混合导电银粉中微米银粉占35.0～99.9%，其他为纳米银粉；微米银粉平均粒径为2～4微米；纳米银粉平均粒径为50～80纳米。

所述玻璃粉为锆-硅-铅-钽-硼-锌-稀土体系，各组分的重量百分含量为：ZrO 0.1～2%，SiO₂ 0.1～25%，PbO 75～95%，Ta₂O₅ 0.1～2%，Bi₂O₃ 0.1～10%，ZnO 0.1～15%，稀土元素0.1～1%；以上重量百分含量之和为100%。

所述稀土元素为Y₂O₃，Pm₂O₃，CeO，EuO中任何一种。

所述玻璃粉的径粒为2～20微米。

所述有机载体各组分的重量百分含量为：乙基纤维素树脂 2～5%，丙烯酸树脂 1～5%，蓖麻油 4～6%，司盘-85  1～4%，溶剂松油醇47～52%，丁基卡必醇 18～26%，戊二酸二甲酯 1～6%，丁二酸二甲脂 3～7%，超分子分散剂MN 5～10% ；以上重量百分含量之和为100%。

混合银粉晶体硅基太阳能电池正面银浆料的制备方法，具体步骤如下：

（1）玻璃粉的制备：将ZrO ，SiO₂ ，PbO ，Ta₂O₅ ，Bi₂O₃，ZnO和稀土元素称重后在三维混合机中混合，然后放入马弗炉中进行加热，温度控制在1350℃，保温，将熔化后的玻璃淬火后进行球磨；

（2）有机载体的制备：将乙基纤维素树脂，丙烯酸树脂，蓖麻油，司盘-85 ，溶剂松油醇，丁基卡必醇，戊二酸二甲酯，丁二酸二甲脂 ，超分子分散剂MN，进行水浴加热并搅拌，待完全溶解，冷却后即得；

（3）混合银粉的制备：将纳米银粉和微米银粉在三维混合机中混合；

（4）高效太阳能电池正面银浆的制备：将混合银粉，玻璃粉和有机载体加入容器中搅拌，然后进行三辊研磨，过滤，即得混合银粉晶体硅基太阳能电池正面银浆料。

有益效果：本发明将一定比例的纳米银粉与微米银粉进行混合后，在高温烧结时，铅玻璃粉与高比表面积的纳米银粉进行快速熔化，进一步带动微米银粉的熔化，使与晶硅的反应充分，形成良好的欧姆接触，这种粒径分布的纳米银粉活性高且容易分散，加入正银浆料中能有效地降低正银浆料烧结后的串联电阻，提高填充因子及转换效率。有机载体由有机溶剂和有机树脂及有机添加剂及特殊的表面活性剂配制而成，所述的特殊的表面活性剂在正银浆料中主要起分散作用，其主要特征为多支链或超支链分子聚合物或多支链及超支链大分子物质类。这类活性剂加入正银有机体系后能极大地降低正银的粘度，润湿银粉表面，达到非常优异的分散效果，使得加入正银体系中的各种粉体都得到较好的润湿和分散，尤其是正银体系中的纳米粉体不发生团聚。

具体实施方式

下面结合具体实施案例，对本发明做进一步说明。

实施例1

（1）玻璃粉的制备：

按玻璃粉的组分及重量百分比备足原料：ZrO 0.2%；SiO₂ 11%；PbO 75.5%；Ta₂O₅ 0.2%；Bi₂O₃ 10%；ZnO 3%；Y₂O₃ 0.1%；将上述原料称重并在三维混合机中混合100min，然后放入马弗炉中进行加热，温度控制在1350℃，保温60分钟，将熔化后的玻璃淬火后进行球磨，玻璃粉径粒控制在2～20微米之间；

（2）有机载体的制备：

将乙基纤维素树脂 3%，丙烯酸树脂 4%，蓖麻油 5%，司盘-85  2%与溶剂松油醇 51%，丁基卡必醇 20%，戊二酸二甲酯 5%，丁二酸二甲脂 4%，超分子分散剂MN 6% 进行水浴加热并搅拌2小时，待完全溶解，冷却后即可得到非常稳定的凝胶；

（3）纳米银粉与微米银粉进行混合，将D50为80纳米的银粉50%，D50为3微米银粉50%，进行预混合，在三维混合机中混合90min。

（4）高效太阳能电池正面银浆的制备：

将预混合后的银粉 85.6%，玻璃粉 2.4%和有机载体占 12%加入容器中搅拌均匀至无明显粉末存在，然后进行三辊研磨15遍，经200目网板过滤，即可得到非常均匀的太阳能电池正面银浆。该浆料粘度为186Pa·S(25℃)，具有非常好的印刷性能，能满足副栅宽度为50～80微米的网板印刷工艺，烧结工艺窗口宽，烧结之后线条分辨率高，电池栅线高宽比好，测试的单晶硅片数为300片，光电转化效率平均在18.4%左右，对比产线的光电转化效率平均在18.2%。

实施例1正银浆料数据：

Voc(mV)	Isc(mA)	FF(%)	η(%)	Rsh(Ω)	Rs(Ω)
						635	5877	78.464	18.4	28.2	0.009

生产线正银浆料数据：

Voc(mV)	Isc(mA)	FF(%)	η(%)	Rsh(Ω)	Rs(Ω)
						635	5764	78.121	18.2	32.4	0.010

实施例2

（1）玻璃粉的制备：

按玻璃粉的组分及重量百分比备足原料：ZrO 0.1%；SiO₂ 15%；PbO 71.5%；Ta₂O₅ 0.3%；Bi₂O₃ 10%；ZnO 3%；Pm₂O₃ 0.1%；将上述原料称重并在三维混合机中混合100min，然后放入马弗炉中进行加热，温度控制在1350℃，保温60分钟，将熔化后的玻璃淬火后进行球磨，玻璃粉径粒控制在2～20微米之间；

（2）有机载体的制备：

将乙基纤维素树脂 3%，丙烯酸树脂 2%，蓖麻油 5%，司盘-85  3%与溶剂松油醇 50%，丁基卡必醇 20%，戊二酸二甲酯 3%，丁二酸二甲脂 6%，超分子分散剂MN  8%进行水浴加热并搅拌2小时，待完全溶解，冷却后即可得到非常稳定的凝胶；

（3）纳米银粉与微米银粉进行混合，将D50为60纳米的银粉20%，D50为3微米银粉80%，进行预混合，在三维混合机中混合90min。

（4）高效太阳能电池正面银浆的制备：

将预混合后的银粉 84.7%，玻璃粉 4.3%和有机载体占 11%加入容器中搅拌均匀至无明显粉末存在，然后进行三辊研磨15遍，经200目网板过滤，即可得到非常均匀的太阳能电池正面银浆。该浆料粘度为198Pa·S(25℃)，具有非常好的印刷性能，能满足副栅宽度为50～80微米的网板印刷工艺，烧结工艺窗口宽，烧结之后线条分辨率高，电池栅线高宽比好，测试的单晶硅片数为320片，光电转化效率平均在18.5%。

实施例2正银浆料数据：

Voc(mV)	Isc(mA)	FF(%)	η(%)	Rsh(Ω)	Rs(Ω)
						636	5881	78.857	18.5	48.1	0.009

    生产线正银浆料数据：

Voc(mV)	Isc(mA)	FF(%)	η(%)	Rsh(Ω)	Rs(Ω)
						635	5764	77.654	18.2	22.6	0.011

     实施例3

（1）玻璃粉的制备：

按玻璃粉的组分及重量百分比备足原料：ZrO 0.1%；SiO₂ 18%；PbO 68.5%；Ta₂O₅ 0.3%；Bi₂O₃ 10%；ZnO 3%；Pm₂O₃ 0.1%；将上述原料称重并在三维混合机中混合100min，然后放入马弗炉中进行加热，温度控制在1350℃，保温60分钟，将熔化后的玻璃淬火后进行球磨，玻璃粉径粒控制在2～20微米之间；

（2）有机载体的制备：

将乙基纤维素树脂 4%，丙烯酸树脂 2%，蓖麻油 5%，司盘-85  2%与溶剂松油醇 48%，丁基卡必醇 25%，戊二酸二甲酯 2%，丁二酸二甲脂 6%，超分子分散剂MN  6%进行水浴加热并搅拌2小时，待完全溶解，冷却后即可得到非常稳定的凝胶；

（3）纳米银粉与微米银粉进行混合，将D50为50纳米的银粉15%、D50为3微米银粉85%，进行预混合，在三维混合机中混合90min。

（4）高效太阳能电池正面银浆的制备：

将预混合后的银粉84.5%，玻璃粉5.5%和有机载体占10%加入容器中搅拌均匀至无明显粉末存在，然后进行三辊研磨15遍，经200目网板过滤，即可得到非常均匀的太阳能电池正面银浆。该浆料粘度为172Pa·S(25℃)，具有非常好的印刷性能，能满足副栅宽度为50～80微米的网板印刷工艺，烧结工艺窗口宽，烧结之后线条分辨率高，电池栅线高宽比好，测试的单晶硅片数为330片，光电转化效率平均在18.4%。

实施例3正银浆料数据：

Voc(mV)	Isc(mA)	FF(%)	η(%)	Rsh(Ω)	Rs(Ω)
						635	5877	78.464	18.4	28.2	0.009

    生产线正银浆料数据：

Voc(mV)	Isc(mA)	FF(%)	η(%)	Rsh(Ω)	Rs(Ω)
						635	5789	78.007	18.2	44.1	0.011

    以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.混合银粉晶体硅基太阳能电池正面银浆料，其特征在于，各组分的重量百分含量为：混合导电银粉72～91%，玻璃粉1～15%，有机载体7～14%；以上重量百分含量之和为100%。

2.根据权利要求1所述的混合银粉晶体硅基太阳能电池正面银浆料，其特征在于，所述混合导电银粉中微米银粉占35.0～99.9%，其他为纳米银粉；微米银粉平均粒径为2～4微米；纳米银粉平均粒径为50～80纳米。

3.根据权利要求1所述的混合银粉晶体硅基太阳能电池正面银浆料，其特征在于，所述玻璃粉为锆-硅-铅-钽-硼-锌-稀土体系，各组分的重量百分含量为：ZrO 0.1～2%，SiO₂ 0.1～25%，PbO 75～95%，Ta₂O₅ 0.1～2%，Bi₂O₃ 0.1～10%，ZnO 0.1～15%，稀土元素0.1～1%；以上重量百分含量之和为100%。

4.根据权利要求3所述的混合银粉晶体硅基太阳能电池正面银浆料，其特征在于，所述稀土元素为Y₂O₃，Pm₂O₃，CeO，EuO中任何一种。

5.根据权利要求3所述的混合银粉晶体硅基太阳能电池正面银浆料，其特征在于，玻璃粉的径粒为2～20微米。

6.根据权利要求1所述的混合银粉晶体硅基太阳能电池正面银浆料，其特征在于，所述有机载体各组分的重量百分含量为：乙基纤维素树脂 2～5%，丙烯酸树脂 1～5%，蓖麻油 4～6%，司盘-85  1～4%，溶剂松油醇47～52%，丁基卡必醇 18～26%，戊二酸二甲酯 1～6%，丁二酸二甲脂 3～7%，超分子分散剂MN 5～10% ；以上重量百分含量之和为100%。

7.混合银粉晶体硅基太阳能电池正面银浆料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

（1）玻璃粉的制备：将ZrO ，SiO₂ ，PbO ，Ta₂O₅ ，Bi₂O₃，ZnO和稀土元素称重后在三维混合机中混合，然后放入马弗炉中进行加热，温度控制在1350℃，保温，将熔化后的玻璃淬火后进行球磨；

（2）有机载体的制备：将乙基纤维素树脂，丙烯酸树脂，蓖麻油，司盘-85，溶剂松油醇，丁基卡必醇，戊二酸二甲酯，丁二酸二甲脂 ，超分子分散剂MN，进行水浴加热并搅拌，待完全溶解，冷却后即得；

（3）混合银粉的制备：将纳米银粉和微米银粉在三维混合机中混合；

（4）高效太阳能电池正面银浆的制备：将混合银粉，玻璃粉和有机载体加入容器中搅拌，然后进行三辊研磨，过滤，即得混合银粉晶体硅基太阳能电池正面银浆料。